Módulo transceptor óptico NVIDIA e 800G

O lançamento do ChatGPT impulsionou o crescimento da IA. Em meados de maio, a NVIDIA lançou o DGX H200 para AI, levando a uma reformulação da demanda da indústria com pedidos de transceptores ópticos de 800G chegando. Empresas como Google, Meta, Microsoft e outras também estão considerando integrar AI em suas operações, impulsionando a implementação da cadeia da indústria de IA tanto a montante como a jusante. A FiberMall, produtora de módulos ópticos, é parte integrante dessa cadeia.

Atualmente, a FiberMall está embarcando módulos ópticos de 800G, com uma quantidade maior de módulos multimodo (800GSR8) e uma quantidade menor de módulos monomodo (800G DR8). Quanto à demanda em data centers no início de 2023, há expectativa de crescimento do tráfego, mas os limitados recursos de investimento são um constrangimento. A estimativa da indústria para a demanda por módulos ópticos de 800G no início do ano era de cerca de 3 milhões de unidades. No entanto, em junho, houve um aumento significativo, quase dobrando a demanda, e a projeção é aumentar para dezenas de milhões de unidades no ano que vem.

800G SR8 e 800G DR8

A indústria de comunicação por fibra ótica está em seus estágios iniciais e as empresas estão aumentando gradualmente sua capacidade de produção. Há dois ou três anos, muitas empresas já apresentavam amostras de demonstração de 800G. Durante a exposição OFC/ECOC em 2022, a FiberMall apresentou chips EML de modo único e chips VCSEL multimodo para módulos transceptores 800G, juntamente com avanços em estruturas e princípios internos.

A exposição OFC deste ano focou principalmente na tecnologia 200G EML, enquanto a industrialização dos módulos transceptores ópticos 800G começou inicialmente com módulos 8x100G. No futuro, ele se desenvolverá em módulos ópticos 4x200G e 8x200G 1.6T.

Os módulos multimodo têm uma quantidade maior em comparação com os módulos monomodo. A FiberMall é capaz de fornecer várias centenas de milhares de módulos transceptores ópticos 800G multimodo este ano, indicando fortes capacidades de industrialização. Do cálculo da demanda à colocação e entrega do pedido, é um processo para empresas. Assim, algumas quantidades são estimadas para 2023, enquanto outras são projetadas para 2024, representando momentos diferentes na perspectiva da indústria sobre uma mesma demanda.

O aumento repentino na demanda de módulos é impulsionado principalmente pela interconexão de vários chips, com base na infraestrutura da NVIDIA.

Com a crescente demanda por GPUs, um número significativo de transistores básicos é necessário para obter computação, armazenamento e controle. Tamanhos de chips de várias centenas de milímetros quadrados já são considerados grandes, e os processos de fabricação de chips foram diminuindo progressivamente, de 10 nm para 7 nm, 5 nm e assim por diante. À medida que o tamanho dos transistores individuais diminui, centenas de bilhões a trilhões de “super” transistores integrados podem ser acomodados em uma área de várias centenas de milímetros quadrados.

Para aprimorar ainda mais a integração e o poder computacional, confiar apenas no aumento da densidade de integração não é mais suficiente. Existem limitações para as capacidades tecnológicas dos chips semicondutores. Uma abordagem disponível é a interconexão de vários chips para obter uma escala maior equivalente de poder de computação.

A interconexão entre os chips serve para alcançar a conectividade, que pode ser realizada usando cobre. Por exemplo, folhas de cobre em placas PCB podem ser empregadas como linhas de sinal ou conexões elétricas coaxiais podem ser estabelecidas.

Fibras ópticas também podem ser utilizadas para interconexão. Fibras ópticas oferecem alta capacidade e baixas perdas, permitindo a transmissão em distâncias maiores. No entanto, a desvantagem da comunicação por fibra óptica é seu custo geral mais alto, pois requer conversão de sinal entre os sinais "elétricos" de circuitos integrados e os sinais "ópticos" da comunicação por fibra óptica.

Um módulo óptico é uma interface para converter sinais ópticos em sinais elétricos. Um grande número de módulos ópticos é necessário para suportar a interconexão óptica entre circuitos integrados.

Isso também explica por que, no início, as fibras ópticas eram evitadas sempre que possível. Foi principalmente devido ao alto volume de tráfego de interconexão ou quando a distância de interconexão era muito longa que as fibras ópticas foram usadas como último recurso.

A interconexão implica estabelecer conexões entre cada par de chips.

Se considerarmos quatro chips, o número de chips aumenta em uma relação linear (2x). No entanto, o tráfego de interconexão entre os chips não aumenta linearmente, mas exibe um crescimento exponencial devido à topologia complexa.

À medida que a topologia se torna mais complexa, o tráfego de interconexão se intensifica e a distância entre os chips aumenta. Isso cria um dilema sobre a escolha de fio de cobre ou fibra óptica para interconexão.

Nesta geração, onde 256 chips estão interconectados simultaneamente, o diagrama só pode ser anotado com elipses, que representam a interconexão chip-a-chip em grande escala. Do ponto de vista dos módulos ópticos, há pouca diferença entre fios de cobre interconectados, fibras monomodo ou fibras multimodo em termos de interfaces físicas.

O “Fiber in, Copper out” refere-se à tendência no campo da transmissão de informações onde a fibra ótica está sendo cada vez mais utilizada como meio de transferência de dados, substituindo gradativamente os cabos de cobre. As fibras ópticas têm a vantagem de suportar transmissão de informações de alta capacidade e longa distância. Quando a fibra óptica é escolhida para transmissão de dados, circuitos integrados são usados ​​para funções como armazenamento, computação e controle, exigindo o uso de módulos ópticos para conversão optoeletrônica.

O atual surgimento de Transceptor óptico 800G pedidos não se deve à falta de demanda por capacidades ainda maiores, mas sim porque as capacidades da indústria acabaram de chegar a esse estágio, com capacidade de fabricação ainda limitada. Portanto, do ponto de vista de pesquisa e desenvolvimento, há exploração e desenvolvimento tecnológico contínuo de módulos ópticos 1.6T, 3.2T e 6.4T (algumas pessoas também se referem a eles como motores ópticos), apoiados pelas cadeias industriais upstream e downstream. Isso inclui avanços e inovações em áreas como fotônica de silício, filmes finos de niobato de lítio, chips EML e chips VCSEL.