超越銅和光，一種新的互連技術(shù)瞄準下一代數據中心

銅和光互連作為下一代數據中心的選擇都面臨局限性。了解第三種選擇如何承諾在未來(lái)多年里支持數據中心中 AI 集群的擴展。

在未來(lái)幾年里，數據中心中 AI 加速器集群的擴展將面臨復合挑戰。系統架構師將需要同時(shí)應對三個(gè)挑戰：

1. 提供更好的性能以滿(mǎn)足飆升的帶寬需求。

2. 在計算能力和復雜性的擴展中控制成本。

3. 繼續提高能源效率。這三個(gè)挑戰讓網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商夜不能寐。

雖然新技術(shù)的出現為創(chuàng )新創(chuàng )造了機會(huì )，但也讓數據中心不堪重負。新的 AI 和機器學(xué)習工作負載，如生成式 AI 和大型語(yǔ)言模型（LLMs），正在將數據帶寬推向傳統互連之外，速度迅速翻倍至 800G，并即將達到 1.6T。

太比特速度下的技術(shù)限制

為了跟上不斷增長(cháng)的需求，數據中心依賴(lài)于兩種解決方案：400 吉比特（400G）和 800 吉比特（800G）網(wǎng)絡(luò )設備，通過(guò)銅纜進(jìn)行短距離傳輸，并通過(guò)光纖電纜支持長(cháng)距離傳輸。然而，這兩種技術(shù)都將達到其千吉比特互聯(lián)速度的技術(shù)極限。

銅纜是短距離應用中的首選互聯(lián)方式，因為它成本低、簡(jiǎn)單且可靠性高。銅纜的局限性在于，由于趨膚效應，隨著(zhù)傳輸速度的增加，信道損耗會(huì )嚴重限制電纜的傳輸距離，同時(shí)電纜的厚度也會(huì )增加，如圖1所示。

圖 1。雙軸電纜 3 米插入損耗

銅纜無(wú)法處理 1.6T 及以上的網(wǎng)絡(luò )速度。在千吉比特速度下，銅纜太短、太厚，并且不適合在高密度數據中心部署。

轉向光互連

對于許多與人工智能相關(guān)的工作負載，超大規模企業(yè)將轉向光互連，例如有源光纜（AOC）。光互連可以提供公里級別的連接距離，但由于需要進(jìn)行電到光的轉換，因此更復雜、耗能更多且更昂貴，需要額外的組件，如光數字信號處理器、跨阻抗放大器（TIAs）、激光驅動(dòng)器和激光器。

這些電纜集成了先進(jìn)的數字信號處理器和復雜的光學(xué)組件，以高速傳輸和接收光信號。AOCs 比銅纜支持更長(cháng)的電纜長(cháng)度，并且更細更輕。雖然這使得它們更容易部署，但光學(xué)技術(shù)本質(zhì)上不可靠，因為光學(xué)性能會(huì )隨溫度變化，并且總會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而失效。

光數字信號處理器電子設備增加了顯著(zhù)的延遲，從而降低了網(wǎng)絡(luò )性能。添加光學(xué)引擎和數字信號處理器非常昂貴，很快就會(huì )比銅纜貴5倍。相同的組件還增加了電纜的顯著(zhù)功耗，從而增加了數據中心運營(yíng)的能源需求。

超過(guò)銅和光，一種新的互連技術(shù)瞄準下一代數據中心

所有這一切都讓超大規模計算公司需要一種解決方案，該方案能夠克服銅和光技術(shù)相關(guān)的限制，同時(shí)保持對大規模部署的成本效益?，F在，請看第三種選擇：e-Tube，這是一種可擴展的多太比特互連平臺，使用射頻數據傳輸通過(guò)塑料介電波導。

如圖 2 所示，使用 e-Tube 技術(shù)，主動(dòng)射頻電纜（ARC）將毫米波射頻發(fā)射器集成，在電氣域中將太比特數據上轉換為射頻域。天線(xiàn)輻射無(wú)線(xiàn)信號，通過(guò) e-Tube 核心進(jìn)行傳播。

另一端，一個(gè)互補的毫米波射頻接收器和天線(xiàn)接收并轉換無(wú)線(xiàn)信號回電信號域。該互連設備像電氣系統一樣，對通過(guò) ARC 連接的兩個(gè)系統進(jìn)行操作。ARC 管理電信號到射頻信號和射頻信號到電信號的轉換，使轉換對兩個(gè)連接的系統透明。

圖 2。e-Tube 架構

使用塑料作為布線(xiàn)介質(zhì)，數據可以在低成本下實(shí)現高能效傳輸。

采用普通低密度聚乙烯（LDPE）材料制造的 e-Tube 電纜不會(huì )受到高頻損耗的影響，這使得 e-Tube 成為一種可擴展的互連，因為它可用于從 56G 到 224G 及更高速率的數據傳輸。用于數據傳輸的低功耗射頻發(fā)射器和接收器 IC 實(shí)現了行業(yè)最佳的 3 皮焦耳/比特能效，并且只有皮秒級延遲。

更輕、更薄、更省電

結果是，這種電纜比銅纜的傳輸距離長(cháng) 10 倍，重量輕 5 倍，厚度薄 2 倍，功耗低 3 倍，延遲低 1000 倍，成本比光纜低 3 倍。e-Tube 正在滿(mǎn)足銅纜和光纜互連技術(shù)無(wú)法實(shí)現的帶寬需求。它是數據中心從 1.6T 和 3.2T 速度過(guò)渡時(shí)，機架內和相鄰機架連接的理想替代品。

為了加速部署，這種創(chuàng )新的互連技術(shù)，e-Tube 射頻 SoC 采用成熟的、標準的半導體工藝技術(shù)和經(jīng)過(guò)驗證的 IC 封裝技術(shù)制造。連接器和電纜的“連接器化”已經(jīng)利用銅雙軸制造技術(shù)進(jìn)行了數十年的批量生產(chǎn)。電纜設計符合行業(yè)定義的 MSA 外形尺寸，如 OSFP 和 QSFP-DD，如圖 3 所示。

圖 3。OSFP 主動(dòng)射頻電纜（ARC）

這為不同的系統設計提供了靈活性，因為它有助于確保與不同制造商的現有網(wǎng)絡(luò )基礎設施設備的兼容性。

革新計算織物互連

隨著(zhù)數據中心硬件迅速發(fā)展以支持大語(yǔ)言模型（LLMs）和生成式人工智能計算需求，需要第三種互連選項來(lái)彌補銅纜的局限性，其價(jià)格和能效要比光纖低得多。e-Tube RF 塑料介電材料互連技術(shù)有望通過(guò)提供獨特的能效、更長(cháng)的電纜傳輸距離、更低的延遲和成本點(diǎn)，在未來(lái)多年里革新計算織物互連，以擴展數據中心中的 AI 集群。