IBM は、データセンターで光ベースの接続性を活用する、共パッケージ化された光学機器へのアプローチを先駆的に開発しました。
IBM は、データセンターが生成 AI モデルをトレーニングおよび実行する方法に革命をもたらすと期待される光学技術の画期的な研究を発表しました。同社は、データセンター内で光ベースの接続を活用する次世代技術である、コパッケージ光学 (CPO) への新しいアプローチを開拓しました。このイノベーションを推進するために初めて公表されたポリマー光導波路 (PWG) を設計および組み立てることで、IBM の研究者は、チップ、回路基板、サーバー間で高帯域幅のデータを伝送する方法を再定義することを目指しています。
画像提供：Ranovus
光ファイバー技術は、膨大な量のデータを長距離にわたって伝送し、グローバルな商取引と通信を管理します。しかし、データセンター内では、ラックは接続に銅線ベースの DAC ネットワーク ケーブルに依存しています。IBM は、この設定により速度と容量が制限され、分散 AI トレーニング プロセス中に GPU アクセラレーターが長時間アイドル状態になり、ボトルネックが生じる可能性があると考えています。IBM の画期的な技術は、これらの内部接続に光学の速度と効率をもたらし、パフォーマンスとエネルギー効率を大幅に向上させることを目指しています。
IBM は、データセンター内で高速光接続を導入する新しい CPO プロトタイプ モジュールを実証しました。arXiv の論文で公開されたこの研究では、このテクノロジーによって帯域幅が大幅に増加し、GPU のダウンタイムが短縮され、AI モデルのトレーニングが加速されると同時に、データセンターのエネルギー需要の増大にも対処できることが強調されています。
共同パッケージ光学部品（CPO）の主な利点
エネルギー効率の向上とコスト削減
CPO テクノロジーにより、中程度の電気相互接続に比べてエネルギー消費を 5 倍以上削減できます。また、この進歩により、データ センター相互接続ケーブルを数メートルから数百メートルまで延長できるようになり、運用コストが大幅に削減されます。
- 加速された AI トレーニング: CPO は、従来の電気配線を光接続に置き換えることで、大規模言語モデル (LLM) のトレーニング速度を最大 5 倍に向上させることができます。たとえば、LLM のトレーニング時間を 3 か月から 3 週間に短縮でき、モデルと GPU リソースの拡張に応じてパフォーマンスがさらに向上します。
- 比類のないエネルギー節約: IBMは、CPOを使用してトレーニングされた各AIモデルが、 米国の5,000世帯の年間電力消費量エネルギー効率に対する変革的な影響を強調しています。
- 比類のない帯域幅密度: CPOモジュールは 最大80倍の帯域幅 チップ間の接続は電気接続に比べて 6 倍の密度です。IBM のイノベーションにより、チップメーカーはシリコン フォトニクス チップのエッジに「ビーチフロント密度」と呼ばれる 6 倍の光ファイバを追加できるようになり、データ センター全体の容量が向上します。
先駆的なポリマー光導波路（PWG）技術
IBM の研究チームは、シリコン フォトニクス導波路に断熱結合された 50 マイクロメートル ピッチの光チャネルを備えた高密度 PWG を設計しました。標準のパッケージング プロセスを使用して実行されたこのアセンブリは、高湿度、-40°C から 125°C の極端な温度、機械的耐久性などの厳しい製造ストレス テストに合格した初めての製品です。PWG をスタッキングすると、最大 128 の接続チャネルが可能になり、これまでにない拡張性が得られます。
このイノベーションは、初の 2 nm ノード チップ、ナノシート トランジスタ、垂直トランジスタ (VTFET) などの進歩を基盤とする IBM の半導体技術におけるリーダーシップと一致しています。CPO テクノロジーは、オフモジュール通信を電気から光に移行し、持続可能でスケーラブルなデータ センター運用を可能にすることで、AI の増大する需要を満たす新しい方法を導入します。
ジェネレーティブAIの成長をサポート
IBM の上級副社長兼研究ディレクターのダリオ・ギル氏は、CPO の変革の可能性について次のように強調しました。
「生成型 AI がより多くのエネルギーと処理能力を必要とするにつれて、データ センターは進化する必要があります。そして、パッケージ化された光学部品によって、これらのデータ センターを将来に対応させることができます。この画期的な進歩により、将来のチップは、光ファイバー ケーブルがデータ センターにデータを送受信するのとほぼ同じように通信するようになり、将来の AI ワークロードに対応できる、より高速で持続可能な通信の新時代が到来します。」
IBM の CPO に関する作業は、最近発表された国立半導体技術センター (NSTC) の本拠地であるニューヨーク州アルバニーで行われました。プロトタイプの組み立てとモジュールのテストは、チップ パッケージングのリーダーである IBM のケベック州ブロモントの施設で行われました。このコラボレーションは、米国とカナダ全土の半導体イノベーションを強化することを目的とした北東半導体回廊イニシアチブの一部です。
IBM の共パッケージ光学技術のイノベーションは、データセンター通信の進歩における大きな前進を表しています。ラック内に光速接続を統合することで、CPO テクノロジーは比類のない効率、帯域幅、エネルギー節約を実現し、データセンターの機能を再定義し、生成 AI などの高まる需要に備えることができます。
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