A IBM é pioneira em uma abordagem para óptica co-empacotada que aproveita a conectividade baseada em luz em data centers.
A IBM anunciou uma pesquisa inovadora em tecnologia óptica que promete revolucionar a forma como os data centers treinam e executam modelos de IA generativos. A empresa foi pioneira em uma nova abordagem para óptica co-empacotada (CPO) — uma tecnologia de última geração que alavanca a conectividade baseada em luz dentro dos data centers. Ao projetar e montar o primeiro guia de onda óptico de polímero (PWG) anunciado publicamente para impulsionar essa inovação, os pesquisadores da IBM visam redefinir como os dados de alta largura de banda são transmitidos entre chips, placas de circuito e servidores.
Imagem cortesia de Ranovus
A tecnologia de fibra óptica transporta grandes quantidades de dados por longas distâncias, gerenciando o comércio e as comunicações globais. No entanto, dentro dos data centers, os racks dependem de cabeamento de rede DAC baseado em cobre para conectividade. A IBM sente que essa configuração pode criar gargalos ao limitar a velocidade e a capacidade, deixando os aceleradores de GPU ociosos por longos períodos durante os processos de treinamento de IA distribuída. O avanço da IBM visa trazer a velocidade e a eficiência da óptica para essas conexões internas, melhorando drasticamente o desempenho e a eficiência energética.
A IBM demonstrou um novo módulo protótipo CPO introduzindo conectividade óptica de alta velocidade em data centers. Publicada em um artigo no arXiv, a pesquisa destaca como essa tecnologia pode aumentar drasticamente a largura de banda, reduzir o tempo de inatividade da GPU e acelerar o treinamento do modelo de IA, ao mesmo tempo em que aborda as crescentes demandas de energia em data centers.
Principais vantagens da óptica co-empacotada (CPO)
Maior eficiência energética e redução de custos
A tecnologia CPO permite uma redução de mais de 5x no consumo de energia em comparação com interconexões elétricas de médio porte. Esse avanço também permite que os cabos de interconexão de data center se estendam de apenas alguns metros para centenas de metros, reduzindo significativamente os custos operacionais.
- Treinamento de IA acelerado: Ao substituir a fiação elétrica tradicional por conectividade óptica, o CPO pode aumentar a velocidade de treinamento de modelos de linguagem grandes (LLMs) em até cinco vezes. Por exemplo, ele pode reduzir o tempo de treinamento de um LLM de três meses para três semanas, com ganhos de desempenho ainda maiores conforme os modelos e os recursos de GPU aumentam.
- Economia de energia incomparável: A IBM estima que cada modelo de IA treinado usando CPO poderia economizar o equivalente a consumo anual de energia de 5,000 lares nos EUA, destacando o impacto transformador na eficiência energética.
- Densidade de largura de banda incomparável: Os módulos CPO oferecem até 80 vezes mais largura de banda entre chips em comparação com conexões elétricas. A inovação da IBM permite que os fabricantes de chips adicionem seis vezes mais fibras ópticas na borda dos chips fotônicos de silício, conhecido como “densidade de frente para a praia”, aumentando a capacidade geral do data center.
Tecnologia pioneira de guia de onda óptica de polímero (PWG)
A equipe de pesquisa da IBM projetou um PWG de alta densidade com canais ópticos de passo de 50 micrômetros acoplados adiabaticamente a guias de onda fotônicas de silício. Esta montagem, realizada usando processos de embalagem padrão, é a primeira a passar por rigorosos testes de estresse de fabricação, incluindo alta umidade, temperaturas extremas variando de -40 °C a 125 °C e durabilidade mecânica. O empilhamento de PWGs permite até 128 canais de conectividade, oferecendo escalabilidade sem precedentes.
Essa inovação se alinha com a liderança da IBM em tecnologia de semicondutores, com base em avanços como o primeiro chip de nó de 2 nm, transistores nanosheet e transistores verticais (VTFET). A tecnologia CPO introduz uma nova maneira de atender às crescentes demandas da IA, fazendo a transição de comunicações off-module de elétricas para ópticas e permitindo operações de data center sustentáveis e escaláveis.
Apoiando o crescimento da IA generativa
O vice-presidente sênior e diretor de pesquisa da IBM, Dario Gil, destacou o potencial transformador do CPO:
“À medida que a IA generativa demanda mais energia e poder de processamento, o data center deve evoluir — e a óptica co-empacotada pode tornar esses data centers à prova do futuro. Com essa inovação, os chips do amanhã se comunicarão de forma muito semelhante à forma como os cabos de fibra óptica transportam dados para dentro e para fora dos data centers, inaugurando uma nova era de comunicações mais rápidas e sustentáveis que podem lidar com as cargas de trabalho de IA do futuro.”
O trabalho da IBM no CPO foi conduzido em Albany, Nova York, lar do recentemente anunciado National Semiconductor Technology Center (NSTC). A montagem do protótipo e os testes do módulo ocorreram nas instalações da IBM em Bromont, Quebec, líder em encapsulamento de chips. Esta colaboração faz parte da iniciativa Northeast Semiconductor Corridor, que visa fortalecer a inovação em semicondutores nos Estados Unidos e Canadá.
A inovação óptica co-empacotada da IBM representa um passo significativo à frente no avanço das comunicações do data center. Ao integrar a conectividade de velocidade da luz dentro dos racks, a tecnologia CPO promete entregar eficiência, largura de banda e economia de energia inigualáveis, redefinindo as capacidades dos data centers e preparando-os para as crescentes demandas de IA generativa e além.
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