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​​​​​​​2028,CPO供应链准备好了吗?

香港天翔電子有限公司 / 10-19 16:20

预计到2028年,基于AI基础设施架构演变,市场对CPO的需求开始激增。如今,大家关注的重点已经变成“供应链、标准和制造基础是否已做好准备,能够大规模交付CPO”。

二十多年来,硅光子学一直被视为铜互连技术的最终接班人。近期,Ayar Labs举办了一场仅限受邀人士参加的CPO峰会,旨在围绕可制造性协调整个生态系统,峰会主题为“为人工智能基础设施的新时代扩展共封装光学器件”。讨论的重点不再是这种转型是否会发生,而是供应链、标准和制造基础是否已做好准备,能够大规模交付CPO。

Playground Global普通合伙人、英特尔和VMware前首席执行官、Ayar Labs董事会成员Pat Gelsinger发表了主题演讲。随后,由《国际电子商情》姊妹刊《EE Times》记者Sally Ward-Foxton主持:第一场讨论了生态系统如何为预计将于2028年开始激增的CPO需求做好准备;第二场讨论了光计算互连多源协议(OCI MSA)及其在推动行业围绕共同光接口达成共识方面的作用。

万倍挑战

Gelsinger从经济角度阐述了这一挑战。他认为,超大规模云服务商已经在当前经济条件允许的范围内最大限度地部署了人工智能,但需求远未得到满足。

“我姑且假设,我们需要的人工智能规模大约是目前的10,000倍,”他说。

他的这一估算综合了多个因素。模型的演进——从推理模型到未来能够处理物理、化学和生物学的模型——约占两个数量级;全球范围内的部署——在美国和中国规模尚属有限,而在其他地区才刚刚起步——又增加了另一个数量级;企业层面的采用则再增加了一个数量级。

仅靠电力无法弥合这一差距。据Gelsinger给出的数据,目前美国约4%的电力用于支持人工智能和计算,而美国全国发电容量的年增长率已从约1%加速至约3%,未来可能达到4%。“在数字AI世界中,能源容量就是经济容量,”他说。如果该行业目前仅能勉强负担其部署的AI,而未来需求将增加10,000倍,那么经济效益必须提高四个到五个数量级。“我们不能只是稍微改善一点。如果要充分发挥其全部潜力,就必须实现质的飞跃。”

这一改进是一个贯穿计算、内存、封装和互连的全栈性问题。Gelsinger表示,单看封装这一项,在他领导英特尔微处理器开发的那些年里,它在设计空间和成本中所占比例不足10%,而如今已超过30%。

然而,互连才是核心制约因素。Gelsinger24年前启动了英特尔硅光子学项目,并曾宣称“铜互连的终结”,对太阳微系统公司那句广为人知的名言“网络即计算机”进行了更新。“今天我要说,网络就是人工智能,”他表示,并指出昂贵的加速器往往因等待上下文存储(KV cache)和数据传输而处于闲置状态。“人工智能是一个网络问题。”

他预计2028年将是各环节大规模融合的节点,届时大规模部署将需要经过验证且可靠的技术。他以Ayar Labs与台积电(TSMC)之间的合作为例,说明了这种协作的必要性。“没有任何一家公司能够独自完成这项工作,”他说,“这确实需要整个行业齐心协力,需要一个复杂、全球化且相互关联的供应链。”

铜缆性能的极限

第一场专题讨论会量化了铜缆的性能极限。联发科首席架构师Bhushan Chitlur解释道,铜缆的信号损耗会随频率和距离的增加而增大,这迫使设计人员在信号恢复上投入更多精力。在100G信号速率下,实际线缆传输距离约为3米;在200G下约为1米;而在400G下则不足四分之一米。“一旦转为光传输,损耗就与距离解耦了,”他表示。这种解耦使得目前局限于单个机架内的纵向扩展(scale-up)网络得以扩展到多个机架。

交换机初创公司Upscale AI的首席执行官兼联合创始人Barun Kar描述了交换机层面的收益。“CPO无疑能带来极佳的外形规格,”他表示,这使得交换机的端口数能够以其他技术无法企及的方式提升。但他同时提醒,端口规模的扩展仍取决于工艺技术、芯粒集成以及热限制。

图1:关于CPO供应链就绪性的第一场专题讨论会:生态系统圆桌会议

分阶段采用,从交换机开始

多位发言嘉宾强调,除了带宽之外,CPO的采用还将取决于大规模部署下的可运维性,涵盖测试、监控、运维服务流程以及多厂商互操作性等环节,这样才能像部署当今的铜缆互连一样,充满信心地部署光链路。与会专家认为,早期部署可能首先出现在交换机中,而计算端的采用则将取决于可操作性,以及正在推进的制造技术进步。

Chitlur阐述了集成为何会提高ASIC供应商的风险。“一旦集成光模块,它就不再是一个组件,而成为了一个系统,”他说。大型AI ASIC搭载着价值数万美元的HBM,如果在封装后单个光引擎发生故障,就可能导致完全正常工作的芯片被废弃。因此,无论是元器件层面还是封装贴装层面,良率都必须接近完美,经济性才能成立。热行为进一步加剧了这一挑战,因为功耗达千瓦级的XPU温度几乎会瞬间波动数十度,而光模块对温度极为敏感。

基于这些原因,Chitlur预计,通常不配备HBM且功耗特性更稳定的交换机将率先采用光模块集成技术,而计算侧端点设备(GPU/加速器)则会是最后一批采用者。

在机架层面,Wiwynn先锋中心执行董事Harold Liu指出,热管理、供电、可维护性和光损是核心设计优先事项,而量产则要求从一开始就进行可制造性设计,并需要更洁净的组装环境以及更高的自动化水平。

供应链规模与对标准的呼吁

Lumentum首席技术官Matt Sysak强调,制约因素不仅限于激光器,还涉及基板、材料、连接器和光纤;CPO正迫使这一历史上属于小众领域的激光行业转向大规模生产。当被问及Lumentum是否已做好满足这一需求的准备时,他表示:“在可预见的未来,答案是肯定的。”然而,对于更广泛的供应链,他直言不讳:“该行业尚未做好准备应对CPO将要拉动的产量规模。”他表示,解决之道在于曾经被视为竞争对手的企业之间开展合作。“合作必须成为主旋律。”

Kar认为,竞争性链路方案的泛滥正在拖慢技术采用进程。“必须制定某种多源协议(MSA),并让一种技术脱颖而出,”他说,并补充道,市场势头需要一个锚定客户:“虽然大家都扬言要上CPO,但我们需要一个大客户。”Chitlur从ASIC的角度进一步强调了这一点。“单一来源绝非选项,”他表示,并呼吁举办一场类似于PCIe互操作性活动的“光纤插拔测试会”,以展示多厂商兼容性。“任何真正的项目都不能仅以单一供应商为考量。”

OCI MSA:尽可能少地进行标准化

第二场专题讨论会直接回应了这一呼吁。Meta光纤基础设施总监Drew Alduino表示,随着纵向扩展(scale-up)域的扩大,基于铜缆的机架级架构成本日益高昂且可靠性日益降低,而且超大规模云服务提供商需要不同供应商的终端设备能够相互兼容。“我们希望AMD的GPU能与博通的交换机进行通信,”他说。在他看来,关键在于规范制定要有所克制。“实际上,我们真正想做的就是尽可能少地进行标准化,”从而为供应商的创新留出尽可能大的空间。当被问及五年后一个健康的生态系统应该是什么样子时,他回答道:“未来的OCI生态系统必须像今天的以太网一样。仅此而已。”

博通光系统事业部副总裁兼总经理Near Margalit指出,多波长运行是OCI的根本要素:光纤上的波长越多,每波长的数据速率就越低,系统功耗也就越低。微环技术非常适合这种方法,因为它们具有“难以置信的波长选择性”,将滤波和调制功能整合到一个小巧、低功耗且可靠的设备中。

AMD光子学高级总监Matt Streshinsky表示,OCI凭借技术优势胜出,而纵向扩展(scale-up)光互连技术所需的容量提升量级,使得多来源、多供应商和多代工厂的供应变得至关重要。“所有技术都已就绪,现在关键在于工程实施,”他说。

图2:关于OCI-MSA的第二场专题讨论会:构建面向人工智能规模扩展的开放、互操作的光互连架构

五代发展路线图

Alduino阐述了规模扩展路径。OCI第1代在标准FR4网格上采用四个50G波长,预计将拥有跨越数代交换机和GPU的长生命周期。第2代(其规格即将公布)将在相同的物理基础设施内将带宽翻倍。他表示,由于单波长200G和16个波长的技术均已得到验证,该路线图已支持从200G到3.2T的五代技术。“等到硬件问世时,大家自然就会明白了。”

Margalit将OCI描述为继100G、200G和400G铜缆之后的新一代串行器/解串器(SerDes)。展望2029年和2030年,他表示:“我预计,总体而言,SerDes中将有相当大一部分采用光传输,而非原生铜缆。”因为“从封装中引出的光纤数量几乎是无限的”,线速将不如面积、功耗和成本那般关键。

从小众技术迈向CMOS规模化时代

在峰会闭幕时,Ayar Labs首席执行官Mark Wade指出,光学技术长期以来一直服务于小众、小批量的应用。人工智能改变了价值格局,光学技术现在必须达到大规模CMOS解决方案的水平。“回去翻阅过去20年的OFC论文,你会发现很多很酷的东西,”Wade说道,并指出剩下的任务是把这些技术推进到一线大厂的大规模量产中。他认为,OCI MSA协议在帮助生态系统实现规模化方面发挥了重要作用。

正如Gelsinger在开场时所言,向光互连的转型是一项集体努力。“这不是我的旅程,而是我们的旅程。”


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