1 pav. Pagrindiniai tankaus bangos ilgio padalijimo tankinimo ko{1}}paketuotos optikos (DWDMCPO) pranašumai. (Vaizdo kreditas: Scintil Photonics)
Duomenų centrų projektavimo srityje yra posakis: „Kur įmanoma, naudokite varinius kabelius, o optines technologijas griebkitės tik tada, kai šviesolaidis yra absoliučiai būtinas“. Daugelį metų pramonės pragmatiškas požiūris buvo teikti pirmenybę pigiems-variniams kabeliams, kol fizikos dėsniai privers atnaujinti technologiją. Tačiau šiandien, kai dirbtinio intelekto (AI) skaičiavimo klasteriai artėja prie „skaičiavimo galios gamyklų“, kuriose diegiami milijonai grafikos apdorojimo blokų (GPU), o duomenų centrų sąnaudų -efektyvumas patiria didžiulį spaudimą, žmonės atranda, kad ši „ne{4}}optika{5}}greitai nepasiekė alternatyvos.
Tinklo architektai jau seniai žinojo, kad varinių kabelių perdavimo atstumas didelės spartos{0}}scenarijose yra labai ribotas, tačiau tik nedaugelis išanalizavo pagrindines priežastis iš pagrindinės fizinės perspektyvos. Nors tinklo inžinieriai savo patirtimi išstūmė varinio kabelio perdavimo atstumo ir pralaidumo ribas iki kraštutinumo, fizikos dėsnių suvaržymų neįmanoma įveikti; net ir patys išradingiausi inžineriniai projektai stengiasi įveikti būdingus varinių kabelių apribojimus. Tai paaiškina, kodėl pramonė skubiai pereina prie bendros-paketinės optikos (CPO) technologijos.
Kuo didesnis elektros signalų, perduodamų variniais kabeliais, dažnis, tuo didesnis simbolių greitis ir pralaidumas bei daugiau informacijos jie gali perduoti. Problema ta, kad didėjant signalo dažniui, perdavimo atstumas žymiai sumažėja. Yra dvi pagrindinės signalo praradimo priežastys: odos efektas ir dielektrinis praradimas.
Odos poveikis: srovės „paviršiaus koncentracija“.
Kai kintamosios srovės signalas sklinda variniu kabeliu, besikeičiantis magnetinis laukas sukelia sūkurines sroves laidininke. Šių sūkurinių srovių sukuriamas magnetinis laukas panaikina signalo magnetinį lauką kabelio centre. Kuo greičiau keičiasi signalo magnetinis laukas,-ty kuo didesnis dažnis,-tuo stipresnis šis panaikinimo efektas.
Tiesioginis rezultatas – srovė „suspaudžiama“ į itin ploną paviršinį laidininko sluoksnį; šio sluoksnio storis žinomas kaip odos gylis. Dabartinis signalo perdavimas AI duomenų centruose dažniausiai naudoja maždaug 53 GHz dažnius. Šiuo dažniu varinių kabelių apvalkalo gylis yra tik 0,3 μm. Toks plonas perdavimo sluoksnis naudoja mažiau nei 1 % laidininko skerspjūvio ploto, todėl kabelio atsparumas smarkiai išauga-netgi daugiau nei 100 kartų viršijantis nuolatinės srovės varžą.
Dielektriniai nuostoliai: "Energijos išsklaidymas" izoliacijos sluoksnyje
Kitas svarbus signalo slopinimo variniuose kabeliuose kaltininkas yra dielektriniai nuostoliai. Esant aukšto-dažnio scenarijams gigahercų lygiu, kabelio izoliaciniame dielektrike esančios molekulės negali neatsilikti nuo greitų elektrinio lauko svyravimų. Vėlavimas tarp greitų elektrinio lauko svyravimų ir molekulių vėluojančios reakcijos paverčia signalo elektromagnetinę energiją šilumine energija, todėl prarandama energija.
Dvigubi nuostoliai: mirtinas varinių kabelių silpnumas
Kai odos efektas ir dielektriniai nuostoliai veikia kartu, signalo praradimas variniuose kabeliuose didėja eksponentiškai didėjant dažniui.
Aiškiai iliustruojant: esant 50 GHz dažniui, net naudojant aukštos-kokybės varinius kabelius, bendras šių dviejų efektų praradimas sunaudos daugiau nei 90 % signalo galios biudžeto 2 metrų perdavimo atstumu. Varinių kabelių fizinės savybės lemia nesuderinamą pagrindinį prieštaravimą: dažnių juostos plotis ir perdavimo atstumas negali būti pasiekti vienu metu.
Tankiojo bangos ilgio padalijimo tankinimo bendra{0}}paketuota optika (DWDMCPO)
Šiandien DI mokymo grupių našumo kliūtis pasikeitė nuo slankiojo{0}}taško operacijų per sekundę (FLOPS) prie pralaidumo reikalavimų.
Keičiamuose tinkluose su pastovia atmintimi reikia naujos kartos tinklo technologijos, kad būtų patenkinti keli reikalavimai:
|Kadangi energijos suvartojimas tampa ribojančiu veiksniu diegiant duomenų centrus, reikia mažesnės energijos sąnaudos vienam bitui;
| Kadangi{0}}slankiojo kablelio operacijos nebėra kliūtis, kiekvienam procesoriui turi būti suteiktas didesnis pralaidumas;
| Kadangi fizinė erdvė šviesolaidžiui diegti tampa ribota, turi būti pasiektas didesnis integracijos tankis;
| Norint įgalinti kryžminį{0}}stovo horizontalų mastelį, turi būti palaikomi ilgesni perdavimo atstumai;
| Norint išlaikyti atminties domeno nuoseklumą ir pagerinti GPU išnaudojimą, reikalinga itin maža{0}}uodegos delsa;
| Taip pat būtinas didelis patikimumas ir paprasta priežiūra.
Kai uodegos delsa tampa pagrindiniu apribojimu, pirmiau nurodytų reikalavimų laikymasis žymiai padidins GPU panaudojimą (kai kurie modelių skaičiavimai rodo, kad naudojimas gali padvigubėti), žymiai sumažins tinklo energijos suvartojimą ir pagerins modelio našumą nuo galo{0}} iki galo. Šiuo metu DWDMCPO yra vienintelis techninis metodas, galintis vienu metu atitikti šiuos griežtus reikalavimus, ir tai padidins duomenų centrų operatorių-sąnaudas-.
Per vieną skaidulą perduodama kelių bangų ilgių šviesą, DWDMCPO technologija kiekvienam GPU suteikia kelis plačius,{0}}mažos spartos kanalus. Padidinus perduodamų bangų ilgių skaičių nuo 1 iki 8, 16 ar net daugiau, šis geometrinis mastelio keitimo modelis gali sukelti revoliuciją AI tinkluose, kaip prieš 25 metus DWDM technologija sukėlė interneto pagrindą.
DWDM vieno{0}}kanalo perdavimo sparta yra maždaug 50–64 Gbit/s, o tai patenka į mažo-greičio perdavimo kategoriją. Ši charakteristika leidžia inžinieriams supaprastinti duomenų kodavimo schemą nuo PAM4 iki NRZ. Šis supaprastinimas pašalina daug brangių ir daug energijos reikalaujančių signalų apdorojimo etapų, todėl supaprastinus signalo perdavimo kelią galima dvigubai sumažinti energijos suvartojimą ir delsą.
Uodegos delsa yra „tylioji žudikė“, mažinanti duomenų centro IG. Kai GPU klasteriai apdoroja duomenų prieigos raktus, jiems reikalinga nuolatinė, nuspėjama bitų srauto įvestis. Jei vienas bitas patiria perdavimo delsą, likusi klasterio dalis neveikia, o tai žymiai sumažina procesoriaus panaudojimą. Didėjant procesorių skaičiui klasteryje, labai padidėja p999 lygio uodegos bitų delsos tikimybė ir atitinkamai mažėja procesoriaus panaudojimas.
Be mažos-latencijos, mažos-galios, ilgo- nuotolio DWDMCPO technologijos tinklų mastelio keitimas būtų apribotas, todėl didelių kalbų modelių (LLM) našumas būtų apribotas. Didesnio masto, plokštesni, mažo{5}}delsavimo keičiami tinklai gali palaikyti didesnes rakto-reikšmių talpyklas, tiesiogiai padidindami modelio kontekstinio lango dydį ir turinio atitikimą, taip efektyviai praplečiant efektyvią LLM darbinę atmintį. Padidėjęs mažo-delsavimo dažnių juostos plotis taip pat gali padidinti transformatoriaus sluoksnių skaičių, todėl modeliai gali turėti gilesnių mąstymo ir samprotavimų. Trumpai tariant: peržengus ryšio tarp lustų apribojimus, LLM gali saugoti daugiau informacijos darbinėje atmintyje ir atlikti daugiau samprotavimo veiksmų be mikčiojimo.
Variniai kabeliai neabejotinai buvo puiki technologija savo laikais, tačiau dėl jo būdingų fizinių apribojimų skubiai reikia pažangesnių tinklo technologijų, kurios žymiai pagerintų investicijų grąžą į didelio masto duomenų centrus ir išplėstų LLM galimybes.
Po kelerių metų dirbtinio intelekto duomenų centrai, sukurti tik ant vario kabelių, taps neįsivaizduojami kaip tolimojo{0}}interneto ryšiai, pagrįsti tik variniu.
Didelio masto duomenų centrų operatoriai, investuotojai, LLM kūrėjai ir kitos AI infrastruktūros suinteresuotosios šalys turi rimtai žiūrėti į šią technologinę tendenciją: ji ne tik iš esmės pakeis duomenų centrų sąnaudų{0}}efektyvumo aplinką, bet ir nuolat plės AI galimybių ribas. Įmonės, kurios pirmiausia įdiegs DWDMCPO technologiją, sukurs architektūrinius pranašumus sąnaudų, energijos suvartojimo ir našumo požiūriu; šie pranašumai ir toliau stiprės, kai AI infrastruktūra plečiasi.
