L’ottica sostituirà le interconnessioni in rame? Abbiamo chiesto ad Ayar Labs • The Register

La fantascienza è disseminata di fantastiche visioni dell’informatica. Una delle più diffuse è l’idea che un giorno i computer funzioneranno con la luce. Dopotutto, cosa c'è di più veloce della velocità della luce?

Ma si scopre che i circuiti stampati luminosi di Star Trek potrebbero essere più vicini alla realtà di quanto si pensi, dice a The Register Mark Wade, CTO di Ayar Labs. Anche se le comunicazioni in fibra ottica esistono da mezzo secolo, solo di recente abbiamo iniziato ad applicare la tecnologia a livello di scheda. Nonostante ciò, Wade prevede che, entro il prossimo decennio, le guide d’onda ottiche inizieranno a soppiantare le tracce di rame sui PCB man mano che le spedizioni di prodotti I/O ottici decolleranno.

A guidare questa transizione sono una serie di fattori e tecnologie emergenti che richiedono larghezze di banda sempre più elevate su distanze maggiori senza sacrificare la latenza o la potenza.

Se questo vi suona familiare, si tratta delle stesse sfide che hanno spinto i giganti delle telecomunicazioni come Bell a sostituire migliaia di chilometri di cavi telefonici in rame con quelli in fibra ottica negli anni ’70.

Come regola generale, maggiore è la larghezza di banda, minore è la distanza che può percorrere senza l'ausilio di amplificatori o ripetitori per estendere la portata a scapito della latenza. E questo non è certo un caso esclusivo delle reti di telecomunicazioni.

Le stesse leggi della fisica si applicano alle tecnologie di interconnessione come PCIe. Poiché raddoppia la sua larghezza di banda effettiva con ogni generazione successiva, la distanza fisica che il segnale può percorrere si riduce.

"In molti casi, le lunghe distanze sono ora definite come qualcosa di più di pochi metri", ha detto Wade. "Poiché le larghezze di banda PCIe stanno diventando sempre più elevate, non è più possibile uscire dalla scheda server senza inserire un timer sulla scheda" per potenziare il segnale.

"Anche se è possibile ottenere la larghezza di banda dal punto A al punto B, la domanda è quanta potenza e quanta latenza", aggiunge.

Questo è esattamente il problema che Ayar Labs sta cercando di risolvere. La startup di fotonica del silicio ha sviluppato un chiplet che prende segnali elettrici dai chip e li converte in un segnale ottico a larghezza di banda elevata.

E poiché la tecnologia utilizza l'architettura chiplet, è destinata ad essere assemblata insieme ai riquadri di calcolo di altri produttori di chip che utilizzano standard aperti come Universal Chiplet Interconnect Express (UCI-express), attualmente in fase di sviluppo.

La tecnologia di base ha aiutato l'azienda a raccogliere quasi 200 milioni di dollari da giganti della tecnologia come Intel e Nvidia e ad assicurarsi diverse partnership di alto profilo, tra cui quella per portare funzionalità di I/O ottico al tessuto di interconnessione Slingshot ad alte prestazioni di Hewlett Packard Enterprise.

Sebbene Wade sia fermamente convinto che la comunicazione ottica a livello di sistema sia inevitabile, osserva che ci saranno diverse applicazioni per le interconnessioni ottiche nel breve termine. Questi includono il calcolo ad alte prestazioni e l’infrastruttura componibile.

"La nostra tesi è che il problema dell'I/O elettrico diventerà così grave che le applicazioni informatiche inizieranno a essere limitate dalla loro capacità di spostare la larghezza di banda", ha affermato. "Per noi, questo significa intelligenza artificiale e machine learning".

Questi ambienti HPC spesso richiedono tecnologie di interconnessione specializzate per evitare colli di bottiglia. NVLink di Nvidia è un esempio. Consente la comunicazione ad alta velocità tra un massimo di quattro GPU.

Un'altra area di opportunità per l'I/O ottico, afferma Wade, è il tipo di infrastruttura componibile a livello di rack promessa dalle ultime specifiche di Compute Express Link (CXL).

CXL definisce un'interfaccia comune e coerente con la cache basata su PCIe per l'interconnessione di CPU, memoria, acceleratori e altre periferiche

Le specifiche CXL 1.0 e CXL 2.0 promettono di sbloccare una varietà di pool di memoria e funzionalità di memoria a più livelli. Tuttavia, la terza iterazione dello standard aperto, la cui ratifica è prevista entro la fine dell'anno, estenderà queste funzionalità oltre il livello rack.

È in questa fase dello sviluppo di CXL che Wade afferma che i vantaggi dell'ottica saranno pienamente visibili.