وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية NVIDIA و 800G

أدى إطلاق ChatGPT إلى نمو الذكاء الاصطناعي. في منتصف شهر مايو ، أصدرت NVIDIA DGX H200 للذكاء الاصطناعي ، مما أدى إلى إعادة تشكيل طلب الصناعة مع تدفق طلبات جهاز الإرسال والاستقبال الضوئي 800 جيجا بايت. وتفكر شركات مثل Google و Meta و Microsoft وغيرها أيضًا في دمج الذكاء الاصطناعي في عملياتها ، وبالتالي دفع تنفيذ سلسلة صناعة الذكاء الاصطناعي في كل من المنبع والمصب. تعتبر FiberMall ، وهي شركة منتجة للوحدات الضوئية ، جزءًا لا يتجزأ من هذه السلسلة.

حاليًا ، تقوم فايبر مول بشحن وحدات ضوئية 800 جيجا ، مع كمية أكبر من الوحدات متعددة الأوضاع (800 جرام SR8) وكمية أصغر من الوحدات أحادية الوضع (800G DR8). بالنسبة للطلب على مراكز البيانات في بداية عام 2023 ، هناك توقعات بنمو حركة المرور ، لكن صناديق الاستثمار المحدودة تشكل قيدًا. كانت تقديرات الصناعة للطلب على الوحدات الضوئية 800 جيجا في بداية العام حوالي 3 ملايين وحدة. ومع ذلك ، في يونيو ، كان هناك ارتفاع كبير ، حيث ضاعف الطلب تقريبًا ، ومن المتوقع أن يرتفع إلى عشرات الملايين من الوحدات في العام المقبل.

800 جرام SR8 و 800 جرام DR8

لا تزال صناعة اتصالات الألياف الضوئية في مراحلها الأولى ، وتعمل الشركات على زيادة طاقتها الإنتاجية تدريجياً. منذ عامين إلى ثلاثة أعوام ، كانت العديد من الشركات قد عرضت بالفعل عينات توضيحية تبلغ 800 جيجا بايت. خلال معرض OFC / ECOC في عام 2022 ، قدمت FiberMall رقائق EML أحادية الوضع وشرائح VCSEL متعددة الأوضاع لوحدات الإرسال والاستقبال 800G ، إلى جانب التطورات في الهياكل والمبادئ الداخلية.

ركز معرض OFC لهذا العام بشكل أساسي على تقنية 200G EML ، بينما بدأ تصنيع وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية 800G في البداية بوحدات 8x100G. في المستقبل ، سيتم تطويره إلى وحدات بصرية 4x200G و 8x200G 1.6T.

تحتوي الوحدات متعددة الأوضاع على كمية أكبر مقارنة بالوحدات أحادية الوضع. FiberMall قادر على توفير عدة مئات الآلاف من وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية 800G متعددة الأوضاع هذا العام ، مما يشير إلى إمكانات تصنيع قوية. من حساب الطلب إلى وضع الطلبات وتسليمها ، إنها عملية للشركات. لذلك ، يتم تقدير بعض الكميات لعام 2023 ، بينما يتوقع البعض الآخر لعام 2024 ، مما يمثل نقاط زمنية مختلفة في منظور الصناعة على نفس الطلب.

تعود الزيادة المفاجئة في طلب الوحدة بشكل أساسي إلى الترابط بين شرائح متعددة ، استنادًا إلى البنية التحتية لـ NVIDIA.

مع زيادة الطلب على وحدات معالجة الرسومات ، يلزم وجود عدد كبير من الترانزستورات الأساسية لتحقيق الحساب والتخزين والتحكم. تعتبر أحجام الرقائق التي تبلغ عدة مئات من المليمترات المربعة كبيرة بالفعل ، وتتقلص عمليات تصنيع الرقائق بشكل تدريجي ، من 10 نانومتر إلى 7 نانومتر ، 5 نانومتر ، وما إلى ذلك. مع انخفاض حجم الترانزستورات الفردية ، يمكن استيعاب مئات المليارات إلى تريليونات من الترانزستورات المتكاملة "الفائقة" في مساحة تبلغ عدة مئات من المليمترات المربعة.

لزيادة تعزيز التكامل والقدرة الحسابية ، لم يعد الاعتماد فقط على زيادة كثافة التكامل كافياً. هناك قيود على القدرات التكنولوجية لرقائق أشباه الموصلات. أحد الأساليب المتاحة هو ربط شرائح متعددة لتحقيق نطاق أكبر مكافئ من قوة الحوسبة.

يخدم التوصيل البيني بين الرقائق غرض تحقيق التوصيل الذي يمكن تحقيقه باستخدام النحاس. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الرقائق النحاسية على لوحات ثنائي الفينيل متعدد الكلور كخطوط إشارة ، أو يمكن إنشاء توصيلات كهربائية متحدة المحور.

يمكن أيضًا استخدام الألياف الضوئية للتوصيل البيني. الألياف البصرية offه سعة عالية وخسائر منخفضة ، مما يتيح النقل لمسافات أطول. ومع ذلك ، فإن الجانب السلبي لاتصالات الألياف الضوئية هو تكلفتها الإجمالية الأعلى لأنها تتطلب تحويل الإشارة بين الإشارات "الكهربائية" للدوائر المتكاملة والإشارات "الضوئية" لاتصالات الألياف البصرية.

الوحدة الضوئية هي واجهة لتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. هناك حاجة إلى عدد هائل من الوحدات الضوئية لدعم التوصيل البيني البصري بين الدوائر المتكاملة.

وهذا يفسر أيضًا لماذا ، في الأيام الأولى ، تم تجنب الألياف الضوئية كلما أمكن ذلك. يرجع ذلك في المقام الأول إلى الحجم الكبير لحركة الاتصال البيني أو عندما تكون مسافة الترابط طويلة جدًا لاستخدام الألياف الضوئية كملاذ أخير.

الترابط يعني إنشاء اتصالات بين كل زوج من الرقائق.

إذا أخذنا في الاعتبار أربع شرائح ، فإن عدد الرقائق يزيد في علاقة خطية (2x). ومع ذلك ، فإن حركة الترابط بين الرقائق لا تزيد خطيًا ولكنها تظهر نموًا أسيًا بسبب الهيكل المعقد.

مع زيادة تعقيد الهيكل ، تزداد كثافة حركة الاتصال البيني ، وتزداد المسافة بين الشرائح. وهذا يخلق معضلة فيما يتعلق باختيار الأسلاك النحاسية أو الألياف الضوئية للتوصيل البيني.

في هذا الجيل ، حيث يتم ربط 256 شريحة في وقت واحد ، لا يمكن شرح الرسم التخطيطي إلا باستخدام علامات الحذف ، والتي تمثل ترابطًا واسع النطاق من شريحة إلى شريحة. من منظور الوحدات الضوئية ، هناك اختلاف بسيط بين الأسلاك النحاسية المترابطة ، والألياف أحادية الوضع ، أو الألياف متعددة الأوضاع من حيث الواجهات المادية.

يشير مصطلح "إدخال الألياف إلى الخارج" إلى الاتجاه السائد في مجال نقل المعلومات حيث يتم استخدام الألياف الضوئية بشكل متزايد كوسيلة لنقل البيانات ، لتحل محل الكابلات النحاسية تدريجياً. تتمتع الألياف الضوئية بميزة دعم نقل المعلومات عالي السعة والمسافات الطويلة. عند اختيار الألياف الضوئية لنقل البيانات ، يتم استخدام الدوائر المتكاملة لوظائف مثل التخزين والحساب والتحكم ، مما يتطلب استخدام الوحدات الضوئية للتحويل الإلكتروني البصري.

الظهور الحالي لـ 800G جهاز الإرسال والاستقبال البصري لا ترجع الطلبات إلى نقص الطلب حتى على السعات الأكبر ولكن لأن قدرات الصناعة قد وصلت للتو إلى هذه المرحلة ، مع استمرار محدودية القدرة التصنيعية. لذلك ، من منظور البحث والتطوير ، هناك استكشاف تكنولوجي مستمر وتطوير للوحدات البصرية 1.6T و 3.2 T و 6.4T (يشير بعض الأشخاص إليها أيضًا على أنها محركات بصرية) ، مدعومة بسلاسل الصناعة المنبع والمصب. يتضمن ذلك التطورات والابتكارات في مجالات مثل ضوئيات السيليكون وأغشية الليثيوم نيوبات الرقيقة ورقائق EML وشرائح VCSEL.