L'optique remplacera-t-elle les interconnexions en cuivre ? Nous avons demandé à Ayar Labs • Le registre

La science-fiction regorge de visions fantastiques de l'informatique. L'une des plus répandues est l'idée qu'un jour les ordinateurs fonctionneront à la lumière. Après tout, qu'est-ce qui est plus rapide que la vitesse de la lumière ?

Mais il s'avère que les circuits imprimés lumineux de Star Trek sont peut-être plus proches de la réalité que vous ne le pensez, a déclaré Mark Wade, CTO d'Ayar Labs, à The Register. Alors que les communications par fibre optique existent depuis un demi-siècle, nous n'avons que récemment commencé à appliquer la technologie au niveau du conseil d'administration. Malgré cela, Wade s'attend à ce que, dans la prochaine décennie, les guides d'ondes optiques commencent à supplanter les traces de cuivre sur les PCB à mesure que les expéditions de produits d'E/S optiques décollent.

Cette transition est motivée par un certain nombre de facteurs et de technologies émergentes qui exigent des bandes passantes toujours plus élevées sur de plus longues distances sans sacrifier la latence ou la puissance.

Si cela vous semble familier, ce sont les mêmes défis qui ont poussé des géants des télécommunications comme Bell à remplacer des milliers de kilomètres de câbles téléphoniques en cuivre par de la fibre optique dans les années 1970.

En règle générale, plus la bande passante est élevée, plus la distance qu'elle peut parcourir sans l'aide d'amplificateurs ou de répéteurs pour étendre la portée au détriment de la latence est courte. Et ce n'est pas propre aux réseaux de télécommunications.

Les mêmes lois de la physique s'appliquent aux technologies d'interconnexion telles que PCIe. Comme il double sa bande passante effective à chaque génération suivante, la distance physique que le signal peut parcourir diminue.

"Dans de nombreux cas, les longues distances sont désormais définies comme n'importe quoi de plus que quelques mètres", a déclaré Wade. "Comme les bandes passantes PCIe augmentent de plus en plus, vous ne pouvez plus échapper à la carte serveur sans mettre un retimer sur la carte" pour booster le signal.

"Même si vous pouvez obtenir la bande passante d'un point A à un point B, la question est de savoir avec quelle puissance et avec quelle latence", ajoute-t-il.

C'est exactement le problème qu'Ayar Labs essaie de résoudre. La startup de photonique sur silicium a développé une puce qui prend les signaux électriques des puces et les convertit en un signal optique à large bande passante.

Et parce que la technologie utilise une architecture de puces, elle est destinée à être intégrée aux tuiles de calcul d'autres fabricants de puces utilisant des normes ouvertes comme l'Universal Chiplet Interconnect Express (UCI-express), qui est actuellement en développement.

La technologie sous-jacente a aidé l'entreprise à lever près de 200 millions de dollars auprès de géants de la technologie comme Intel et Nvidia, et à conclure plusieurs partenariats de haut niveau, dont un pour apporter des capacités d'E/S optiques au tissu d'interconnexion Slingshot hautes performances de Hewlett Packard Enterprise.

Alors que Wade croit fermement que la communication optique au niveau du système est inévitable, il note qu'il existe plusieurs applications pour les interconnexions optiques à court terme. Ceux-ci incluent le calcul haute performance et l'infrastructure composable.

"Notre affirmation est que le problème des E/S électriques va devenir si grave que les applications informatiques vont commencer à être étranglées par leur capacité à déplacer la bande passante", a-t-il déclaré. "Pour nous, c'est l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique."

Ces environnements HPC nécessitent souvent des technologies d'interconnexion spécialisées pour éviter les goulots d'étranglement. NVLink de Nvidia en est un exemple. Il permet une communication à haut débit entre jusqu'à quatre GPU.

Selon Wade, un autre domaine d'opportunités pour les E/S optiques est le type d'infrastructure composable au niveau du rack promise par les dernières spécifications de Compute Express Link (CXL).

CXL définit une interface commune, cohérente avec le cache, basée sur PCIe pour interconnecter les processeurs, la mémoire, les accélérateurs et d'autres périphériques

Les spécifications CXL 1.0 et CXL 2.0 promettent de débloquer une variété de fonctionnalités de mise en commun de mémoire et de mémoire hiérarchisée. Cependant, la troisième itération de la norme ouverte, qui devrait être ratifiée plus tard cette année, étendra ces capacités au-delà du niveau du rack.

C'est à ce stade du développement de CXL que Wade affirme que les avantages de l'optique seront pleinement exposés.

"Même au niveau CXL 2.0, vous êtes très limité dans la mesure où vous pouvez évoluer, car dès que vous frappez quelque chose comme un retimer, vous commencez à subir des latences", ce qui rend la mise en commun de la mémoire impraticable, a-t-il déclaré.

Cependant, pour au moins la première génération de produits CXL, Wade s'attend à ce que la plupart, sinon tous, soient électriques. "Il y a beaucoup de travail sur la pile logicielle qui doit être fait pour vraiment activer ce type de systèmes désagrégés" avant que CXL ne soit prêt pour les E/S optiques, a-t-il déclaré.

Mais à mesure que les applications d'E/S optiques deviennent plus répandues, Wade prédit que l'économie de la chaîne d'approvisionnement rendra la technologie encore plus attrayante du point de vue des coûts. "Nous sommes convaincus que nous allons voir une transformation des E/S optiques commencer à toucher presque tous les marchés verticaux qui construisent des systèmes informatiques."

Bien sûr, y parvenir ne se fera pas sans difficultés, et l'un des plus importants est de convaincre les clients que la technologie est non seulement plus performante et économiquement viable, mais suffisamment mature pour les environnements de production.

C'est précisément pourquoi Ayar Labs se concentre sur les interconnexions optiques par opposition aux optiques co-emballées. L'une des raisons pour lesquelles les optiques co-emballées n'ont pas décollé est que leur rayon d'éclaboussure en cas de panne est nettement plus grand. Si l'optique tombe en panne sur un commutateur optique co-emballé, l'ensemble de l'appareil tombe en panne. Et bon nombre de ces mêmes préoccupations s'appliquent aux E/S optiques.

"Chaque fois que vous avez un espace d'application fortement banalisé, standardisé et peu enclin au risque, ce n'est pas un endroit pour essayer de déployer une nouvelle technologie", a déclaré Wade. Cependant, "si vous avez une application à haute valeur ajoutée qui bénéficie fortement de l'augmentation des performances matérielles, vous allez évidemment prendre plus de risques".

En concentrant son attention sur les environnements HPC, Ayar pense pouvoir affiner ses conceptions et établir une chaîne d'approvisionnement pour les composants, tout en accumulant les heures de travail sur le terrain nécessaires pour vendre sur des marchés plus traditionnels.

Pour les clients qui sont prêts et disposés à risquer de déployer des technologies naissantes, les E/S optiques sont déjà là.

"Le client que nous livrons en ce moment a déjà remplacé ses liaisons au niveau de la carte par nos E/S optiques", a déclaré Wade. "Chaque liaison socket-to-socket est une liaison E/S optique, et cela même au niveau de la carte."

Au fur et à mesure que la technologie mûrit, la question devient alors de savoir si les guides d'ondes optiques seront un jour intégrés dans le PCB - ala Star Trek.

« Verrons-nous les guides d'ondes optiques s'intégrer dans les cartes ? Je pense que nous en verrons certains émerger au cours de la prochaine décennie », a-t-il déclaré. "Alors que le volume de solutions d'E/S optiques commence à devenir énorme, cela le rendra plus attrayant pour certaines de ces solutions."

Une fois que vous commencez à vous rétrécir au-delà du niveau de la carte, l'avenir des E/S optiques devient un peu plus trouble. La prochaine étape logique, dit Wade, serait d'utiliser l'optique pour connecter les matrices individuelles qui composent la puce.

Cependant, il ne s'attend pas à ce que cela se produise de sitôt. "Au fur et à mesure que vous entrez dans l'échelle millimétrique, les E / S électriques ont, je pense, une feuille de route saine devant elles", a-t-il déclaré. "Au-delà de 10 à 15 ans, nous pourrions voir… la communication optique commencer à entrer dans le régime de l'échelle millimétrique." ®

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