Nvidia CPO switch w pełnej produkcji masowej, centra danych AI wkraczają w „erę fotoniki krzemowej”!

Nvidia ogłosiła, że jej Spectrum-X Ethernet Photonic Switch wszedł w fazę pełnej masowej produkcji, co oznacza kluczowy punkt zwrotny dla architektury sieciowych centrów danych AI.

Głównym produktem tej serii jest głęboko zintegrowana technologia CPO (co-packed optics) z chipem przełącznika, która całkowicie zmienia sposób konwersji sygnału w tradycyjnych modułach optycznych typu plug-in. Według Nvidia, w porównaniu z tradycyjną siecią optyczną typu plug-in, nowa architektura oferuje 5-krotnie wyższą efektywność energetyczną sieci, 5-krotnie dłuższy czas nieprzerwanej pracy aplikacji AI oraz 10-krotnie wydłużony średni czas pomiędzy awariami (MTBF). Ten wzrost wydajności ma bezpośrednią wartość kosztową i niezawodnościową dla dostawców chmury oraz operatorów infrastruktury AI, którzy rozbudowują klastry GPU na dużą skalę.

Masowa produkcja obejmuje łańcuch przemysłowy z udziałem wielu czołowych dostawców: TSMC odpowiada za produkcję chipów fotoniki krzemowej, SPIL realizuje pakowanie i testy na poziomie chipów, Lumentum i TFC dostarczają komponenty laserowe, a Foxconn odpowiada za rozwój i montaż całego systemu przełącznika. Nvidia przeprowadza ostateczne testy gotowych przełączników przed wysyłką. Ta konfiguracja łańcucha dostaw wskazuje, że technologia integracji fotoniki coraz głębiej wnika w rdzeń sprzętu AI, a zaangażowane firmy przemysłowe mogą korzystać na wzroście popytu.

Tradycyjne sieci centrów danych używają indywidualnych modułów optycznych umieszczanych na panelach każdego przełącznika, aby dokonać konwersji sygnału elektrycznego na optyczny i odwrotnie. Choć ta metoda jest sprawdzona, posiada inherentne wady, takie jak wysokie zużycie energii, duża presja termiczna oraz wiele punktów awarii — te problemy są multiplikowane w klastrach szkolenia AI z tysiącami GPU pracującymi równolegle.

Rozwiązanie Nvidia Spectrum-X Ethernet Photonic łączy silnik optyczny i chip przełącznika w jednym module wielochipowym, a konwersja sygnału odbywa się bezpośrednio obok ASIC przełącznika, znacznie skracając ścieżkę elektryczną, co obniża tłumienie sygnału i straty energii. Zewnętrzne moduły laserowe są projektowane jako scentralizowane źródło światła, jednocześnie zasilające wszystkie silniki optyczne, a liczba wymaganych laserów jest zmniejszona o 75% względem tradycyjnych rozwiązań, dodatkowo ograniczając zużycie energii i generowanie ciepła.

System oferuje bardzo wysoką gęstość portów w szafie chłodzonej cieczą. Wersja obudowy 2U SN6810 mieści 128 portów 800 Gb/s, zapewniając przepustowość 102,4 Tb/s; wersja 5U SN6800 integruje cztery ASIC przełącznika, oferując 512 portów 800 Gb/s lub ponad dwa tysiące portów 200 Gb/s, ze zbiorczą przepustowością 409,6 Tb/s. Większa obudowa posiada wbudowany moduł połączeń światłowodowych, umożliwiający poziome skalowanie bez dodatkowych warstw przełączników, efektywnie kontrolując opóźnienia sieci.

Technologia CPO przez długi czas napotykała na problemy związane ze złożonością produkcji i trudnością kontroli jakości masowej produkcji. Nvidia osiągnęła pełną masową produkcję dzięki systemowej modernizacji procesu montażu.

Silniki optyczne są mocowane bezpośrednio do podstawy modułu za pomocą lutowania, co jest kompatybilne ze standardowymi procesami produkcyjnymi i redukuje złożoność produkcji. Projekt złącza światłowodowego na górnej powierzchni zwiększa precyzję montażu i wskaźnik ukończonych produktów. Model współpracy w łańcuchu dostaw, w którym kilku dostawców specjalizuje się w produkcji fotoniki silikonowej, testowaniu pakowania, dostarczaniu laserów i integracji systemu, tworzy solidne podstawy inżynieryjne pod masową wysyłkę.

Przełącznik CPO jest tylko jednym z elementów sprzętowych platformy Spectrum-X, która na poziomie oprogramowania i architektury również oferuje systemowe rozwiązania dla obciążeń AI.

Platforma oferuje adaptacyjne trasowanie, kontrolę przeciążenia i zdalny monitoring end-to-end, gwarantując stabilny przepływ danych w scenariuszach komunikacji tysięcy GPU jednocześnie. Wielopłaszczyznowa architektura sieciowa rozmieszcza połączenia na wielu niezależnych płaszczyznach, eliminując ryzyko przerwania całego zadania przez pojedynczy punkt awarii. Nvidia wdraża Spectrum-XGS, rozszerzając tę samą architekturę sieci na cały budynek lub nawet park przemysłowy, co pozwala zintegrować wiele centrów danych w jeden spójny system współpracy.

Nvidia zapewnia, że w porównaniu do tradycyjnego Ethernetu, platforma Spectrum-X może zwiększyć prędkość sieci AI o 1,6 raza, jednocześnie pozostając kompatybilną z popularnymi otwartymi narzędziami, takimi jak SONiC, co ogranicza koszty migracji i zarządzania dla użytkowników.