A óptica substituirá as interconexões de cobre? Perguntamos ao Ayar Labs • The Register

A ficção científica está repleta de visões fantásticas da computação. Uma das mais difundidas é a ideia de que um dia os computadores funcionarão com luz. Afinal, o que é mais rápido que a velocidade da luz?

Mas acontece que as placas de circuito brilhantes de Star Trek podem estar mais próximas da realidade do que você pensa, disse o CTO da Ayar Labs, Mark Wade, ao The Register. Embora as comunicações por fibra óptica existam há meio século, só recentemente começamos a aplicar a tecnologia no nível do conselho. Apesar disso, Wade espera que, na próxima década, os guias de onda ópticos comecem a suplantar os traços de cobre nos PCBs à medida que as remessas de produtos de E/S ópticas decolarem.

Impulsionando essa transição estão vários fatores e tecnologias emergentes que exigem larguras de banda cada vez maiores em distâncias maiores sem sacrificar a latência ou a potência.

Se isso soa familiar, esses são os mesmos desafios que levaram gigantes das telecomunicações como a Bell a substituir milhares de quilômetros de cabos telefônicos de cobre por fibra ótica na década de 1970.

Como regra geral, quanto maior a largura de banda, menor a distância que ela pode percorrer sem a ajuda de amplificadores ou repetidores para estender o alcance em detrimento da latência. E isso não é exclusivo das redes de telecomunicações.

As mesmas leis da física se aplicam a tecnologias de interconexão como PCIe. À medida que dobra sua largura de banda efetiva a cada geração subsequente, a distância física que o sinal pode percorrer diminui.

"Em muitos casos, as longas distâncias agora são definidas como algo mais do que alguns metros", disse Wade. "Como as larguras de banda PCIe estão aumentando cada vez mais, você não pode mais escapar da placa do servidor sem colocar um retimer na placa" para aumentar o sinal.

"Mesmo que você consiga obter a largura de banda do ponto A ao ponto B, a questão é quanta potência e quanta latência", acrescenta.

Este é exatamente o problema que o Ayar Labs está tentando resolver. A startup de fotônica de silício desenvolveu um chiplet que recebe sinais elétricos de chips e os converte em um sinal óptico de alta largura de banda.

E como a tecnologia usa arquitetura de chiplet, ela deve ser empacotada juntamente com blocos de computação de outros fabricantes de chips usando padrões abertos como o Universal Chiplet Interconnect Express (UCI-express), que está atualmente em desenvolvimento.

A tecnologia subjacente ajudou a empresa a arrecadar quase US$ 200 milhões de gigantes da tecnologia como Intel e Nvidia e garantir várias parcerias de alto perfil, incluindo uma para trazer recursos de E/S óptica para a estrutura de interconexão Slingshot de alto desempenho da Hewlett Packard Enterprise.

Embora Wade acredite firmemente que a comunicação óptica no nível do sistema é inevitável, ele observa que existem várias aplicações para interconexões ópticas no curto prazo. Isso inclui computação de alto desempenho e infraestrutura composta.

"Nossa alegação é que o problema de E/S elétrica se tornará tão grave que os aplicativos de computação começarão a ser limitados por sua capacidade de mudar a largura de banda", disse ele. "Para nós, isso é escalabilidade de IA e aprendizado de máquina".

Esses ambientes de HPC geralmente exigem tecnologias de interconexão especializadas para evitar gargalos. O NVLink da Nvidia é um exemplo. Ele permite a comunicação de alta velocidade entre até quatro GPUs.

Outra área de oportunidade para E/S óptica, diz Wade, é o tipo de infraestrutura composta em nível de rack prometida pelas especificações mais recentes do Compute Express Link (CXL).

O CXL define uma interface comum e coerente com o cache baseada em PCIe para interconectar CPUs, memória, aceleradores e outros periféricos

As especificações CXL 1.0 e CXL 2.0 prometem desbloquear uma variedade de pooling de memória e funcionalidade de memória em camadas. No entanto, a terceira iteração do padrão aberto, que deve ser ratificada ainda este ano, estenderá esses recursos além do nível do rack.

É nesta fase do desenvolvimento do CXL que Wade diz que as vantagens da óptica estarão em plena exibição.