Comutadores CPO da Nvidia entram em produção em massa, data centers de IA entram na “era da fotônica de silício”!

A Nvidia anunciou que seu switch óptico Ethernet Spectrum-X entrou oficialmente em produção em larga escala, marcando um ponto de virada crucial para a arquitetura de redes de data centers de IA.

O principal produto desta fase de produção em massa integra profundamente a tecnologia óptica co-embalada (CPO) com o chip de comutação, revolucionando o modo tradicional de conversão de sinal dos módulos ópticos plugáveis. Segundo a Nvidia, em comparação à rede óptica plugável tradicional, a nova arquitetura oferece uma eficiência de consumo de energia 5 vezes maior, 5 vezes mais tempo de funcionamento ininterrupto em aplicações de IA e um aumento de 10 vezes no tempo médio entre falhas. Este salto de desempenho traz benefícios diretos de custo e confiabilidade para provedores de nuvem e operadores de infraestrutura de IA que estão expandindo grandes clusters de GPU.

A produção em massa envolve uma cadeia de suprimentos composta por diversos fornecedores de alto nível: a TSMC é responsável pela fabricação dos chips de silício fotônico, a SPIL realiza o encapsulamento e testes em nível de chip, Lumentum e TFC fornecem componentes de laser, enquanto a Foxconn cuida do desenvolvimento e montagem geral do sistema de switch. Antes da remessa, a Nvidia executa o teste final no produto acabado. Esse arranjo na cadeia de suprimentos indica que a tecnologia de integração fotônica está penetrando no núcleo do hardware de IA, e as empresas ao longo dessa cadeia têm potencial para se beneficiar da expansão da demanda.

Redes de data center tradicionais utilizam módulos ópticos independentes inseridos no painel de cada switch para realizar a conversão entre sinais elétricos e ópticos. Embora amadurecida, esta abordagem apresenta falhas inerentes como alto consumo de energia, pressão térmica e múltiplos pontos de falha — problemas que são amplificados em clusters de treinamento de IA com milhares de GPUs em operação simultânea.

A solução óptica Ethernet Spectrum-X da Nvidia integra os motores ópticos e o chip de comutação no mesmo módulo multi-chip, realizando a conversão de sinal próximo ao ASIC do switch, o que reduz drasticamente o caminho elétrico e, assim, minimiza a atenuação do sinal e a perda de energia. O módulo de fonte de luz laser externa utiliza um design de fornecimento óptico centralizado, alimentando todos os motores ópticos simultaneamente, reduzindo em 75% o número de lasers necessários em comparação com as soluções tradicionais e diminuindo ainda mais o consumo de energia e o calor gerado.

O sistema alcança alta densidade de portas em gabinetes com resfriamento líquido. A versão de 2U, SN6810, acomoda 128 portas de 800 Gb/s, atingindo uma largura de banda total de 102,4 Tb/s; a versão de 5U, SN6800, integra quatro ASICs de switch, oferecendo 512 portas de 800 Gb/s ou mais de duas mil portas de 200 Gb/s, totalizando uma largura de banda agregada de 409,6 Tb/s. As caixas maiores incorporam módulos de interconexão óptica interna, permitindo expansão horizontal sem adicionar camadas extras de switches, mantendo a latência da rede sob controle.

A tecnologia CPO enfrentava, anteriormente, gargalos na produção em massa devido à complexidade do processo de fabricação e dificuldade em controlar o rendimento. A produção em escala pela Nvidia é resultado de uma reforma sistemática no fluxo de montagem.

O motor óptico é fixado diretamente na base do módulo por meio de soldagem, permitindo compatibilidade com processos de produção padronizados e reduzindo a complexidade manufatureira. O design do conector óptico na face superior aumenta ainda mais a precisão de montagem e o rendimento. O modelo de cooperação entre vários fornecedores integra as especialidades de fabricação de silício fotônico, encapsulamento e testes, fornecimento de laser e integração de sistemas, fornecendo uma base robusta para remessas em grande escala.

O switch CPO é apenas um dos componentes de hardware da plataforma Spectrum-X, que também possui design sistêmico no nível de software e arquitetura, visando cargas de trabalho de IA.

A plataforma integra roteamento adaptativo, controle de congestionamento e telemetria fim a fim, capazes de manter o tráfego estável em cenários com milhares de GPUs em comunicação simultânea. A arquitetura de rede em múltiplos planos distribui as conexões entre várias camadas independentes, evitando que falhas pontuais interrompam tarefas críticas. A Nvidia também lançou a Spectrum-XGS, expandindo essa arquitetura de rede para cobrir edifícios inteiros ou até parques industriais, permitindo que múltiplos data centers funcionem como um sistema cooperativo integrado.

De acordo com a Nvidia, comparada ao Ethernet tradicional, a plataforma Spectrum-X pode aumentar a velocidade das redes de IA em 1,6 vez, mantendo compatibilidade com ferramentas abertas populares como SONiC, reduzindo o custo de migração e operação para o usuário.