Ftit ilu, Jensen Huang ta' NVIDIA ddikjara li l-infrastruttura AI tal-{0}}ġenerazzjoni li jmiss se teħtieġ ammonti kbar ta' konnettività ottika, peress li l-kejbils tar-ram ma jistgħux jibqgħu jissodisfaw it-talbiet. Din mhix eżaġerazzjoni.
Qed Nidħlu F'Dinja tad-Dawl
Bl-iżvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija tal-informazzjoni, it-traffiku tad-dejta globali qed jikber b'mod esponenzjali, u d-domanda għall-kapaċità tal-informazzjoni u l-qawwa tal-ipproċessar qed tkompli tiżdied. Immexxija minn teknoloġiji emerġenti bħall-komunikazzjonijiet 5G, l-Internet tal-Oġġetti, cloud computing, big data, u intelliġenza artifiċjali, is-sistemi ta 'komunikazzjoni elettronika tradizzjonali qed jiffaċċjaw dejjem aktar konġestjonijiet fil-bandwidth u konsum għoli ta' enerġija. It-teknoloġija tal-komunikazzjoni ottika, bil-vantaġġi sinifikanti tagħha ta 'faxxa ta' frekwenza għolja, telf baxx, u immunità għal interferenza elettromanjetika, saret soluzzjoni ewlenija għal dawn l-isfidi. Ir-raġuni ewlenija li l-infrastruttura AI tal--ġenerazzjoni li jmiss trid tiddependi ħafna fuq konnessjonijiet ottiċi hija li l-"ħajt tal-interkonnessjoni" ħa post is-saħħa tal-kompjuter bħala l-akbar ostaklu. Hekk kif il-clusters tal-GPU jiskalaw sa għexieren ta' eluf ta' kards u r-rati ta'-kanal uniku jersqu lejn 224G, il-kejbils tar-ram jolqtu l-limiti fiżiċi minħabba l-effett tal-ġilda u t-telf dielettriku, u jikkompressa distanzi effettivi ta' trażmissjoni għal inqas minn 2 metri-insuffiċjenti għall-ħtiġijiet ta' skala ta' cross-rack-out. Fl-istess ħin, l--interkonnessjonijiet ottiċi kollha jistgħu jnaqqsu l-konsum tal-enerġija għal kull-bit bandwidth b'aktar minn 40%, u jagħmluhom l-unika triq biex tissolva l-kriżi tal-enerġija fil-fabbriki tal-IA.
Niobate tal-litju: Għexieren ta 'snin fuq il-Bank kiesaħ
Bħala komponent ewlieni tas-sistemi ta 'komunikazzjoni ottika, il-modulatur elettro-ottiku (EOM) jikkonverti sinjali elettriċi f'sinjali ottiċi u jwettaq modulazzjoni. Il-prestazzjoni tagħha taffettwa direttament ir-rata ta 'trażmissjoni, il-konsum tal-enerġija, il-kwalità u l-istabbiltà tas-sistema ta' komunikazzjoni kollha.
Nijobat tal-litju (LiNbO₃, LN) huwa materjal elettro-ottiku kruċjali. Bl-effett Pockels eċċellenti tiegħu, indiċi rifrattiv għoli (~ 2.2), tieqa wiesgħa ta 'trasparenza (350 nm–5 μm), u stabbiltà kimika tajba, hija rispettata fil-komunità fotonika bħala "silikon ottiku". Sa mis-sittinijiet, intuża ħafna f'modulaturi elettro-ottiċi.
Madankollu, filwaqt li kien indispensabbli fil-livell tas-sistema, tħalla barra mill-mewġa ta' integrazzjoni fuq skala ta' ċippa-għal tliet deċennji. Dan huwa minħabba li l-modulaturi konvenzjonali tal-litju niobate bl-ingrossa jiddependu fuq kampi elettriċi biex jikkontrollaw il-fażi ottika jew l-intensità. Limitati mill-proprjetajiet fiżiċi tal-materjal u t-tekniki tal-ipproċessar, id-dimensjonijiet tal-waveguide tal-bulk LN huma ta 'ordni ta' millimetri għal ċentimetri, li jirriżultaw f'tul ta 'interazzjoni qasir bejn il-kampi ottiċi u elettriċi. Biex tinkiseb modulazzjoni effettiva, huma meħtieġa vultaġġi għoljin tas-sewqan (bosta għal għexieren ta 'volts). Id-daqs kbir tal-apparat jagħmilha diffiċli biex jiġi integrat ma' pjattaformi fotoniċi bbażati fuq is-silikon-, u jillimita l-użu tiegħu f'sistemi optoelettroniċi integrati fuq skala ta 'ċippa-. Barra minn hekk, il-proċessi ta' fabbrikazzjoni konvenzjonali jsofru minn telf għoli ta' propagazzjoni tal-gwida tal-mewġ, li jirrestrinġi aktar l-effiċjenza enerġetika u t-trażmissjoni ta'-distanza twila. Bħala riżultat, pjattaformi bħal fotonika tas-silikon, InP, u SiN żdiedu għall-prominenza, u LN darba kien ikkunsidrat "prestazzjoni kbira, iżda ma tistax issir żgħira jew densa."
L-Aħħar tat-Teknoloġija tal-Film-Irqiq, Jasal Hekk kif titlobha d-domanda
Il-punt ta' bidla wasal mal-maturazzjoni tat-teknoloġija tal-nijobat tal-litju tal-film irqiq (TFLN). TFLN huwa bbażat fuq eterostruttura ta' "niobat tal-litju–iżolatur–sottostrat." Bl-użu ta 'tekniki avvanzati ta' fabbrikazzjoni bħat-tqattigħ tal-jone tal-kristall u l-illustrar mekkaniku kimiku, film irqiq tal--kristall LN wieħed jitqaxxar mill-materjal bl-ingrossa u jiġi trasferit fuq sottostrat (silikon, żaffir, jew dijossidu tas-silikon). Meta mqabbel ma 'materjal bl-ingrossa, il-gwidi tal-mewġ sub-micron ta' TFLN jippermettu konfinament tal-kamp ottiku ħafna aktar b'saħħtu, u jżidu l-effiċjenza tal-interazzjoni tal-kamp dawl-elettriku b'għexieren ta 'darbiet, u b'hekk inaqqsu b'mod sinifikanti l-vultaġġ tas-sewqan u jnaqqas id-daqs tal-apparat. Barra minn hekk, it-telf baxx ta' propagazzjoni ta' TFLN jagħtih vantaġġ uniku f'ċirkwiti integrati fotoniċi ta'-refgħa twila, u l-kompatibilità tiegħu ma' pjattaformi bbażati fuq is-silikon-tiftaħ mogħdijiet ġodda għal fotonika integrata eteroġenja.
Ejja nħarsu lejn ftit metriċi ewlenin biex nifhmu għaliex qed jinqabad "f'daqqa" fl-era 1.6T/3.2T:
① Bandwidth: faċilment taqbeż il-100 GHz, direzzjoni lejn 200 GHz.
② Konsum ta 'enerġija: madwar għexieren ta' femtojoules biss għal kull bit (fJ/bit).
③ Kwalità tas-sinjal: telf ta 'inserzjoni baxx, chirp minimu, linearità eċċellenti.
④ Versatilità: pjattaforma waħda li timmaniġġja applikazzjonijiet elettro-ottiċi, mhux lineari, u quantum.
Min-naħa tad-domanda tal-industrija, bil-qawwa tal-kompjuters tal-AI tisplodi, l-interkonnessjonijiet ottiċi taċ-ċentru tad-dejta qed jimxu minn 400G għal 800G/1.6T/3.2T, eżattament l-era li teħtieġ TFLN. Ħu s-suġġett jaħraq attwali tal-ko-ottika ppakkjata (CPO): iċċaqlaq il-magna ottika mill-modulu ta 'quddiem-plaggable tal-pannelli fuq l-istess sottostrat tal-pakkett bħaċ-ċippa tal-iswiċċ/ASIC. Wara li NVIDIA mass-produċiet soluzzjonijiet CPO fuq is-serje Spectrum-X u Quantum tagħha, id-dejta mkejla wriet riżultati stupendenti-telf ta' inserzjoni niżel minn madwar 22 dB għal ~4 dB, l-integrità tas-sinjal tjiebet b'fattur ta' ~63, u l-effiċjenza tal-enerġija ottika tas-sistema żdiedet sa 5×.
Iżda CPO mhuwiex sempliċement dwar "rilokazzjoni" ta 'moduli ottiċi eżistenti. Il-volum tal-pakkett jonqos drastikament, il-baġits tal-enerġija jinqatgħu sal-għadam, il-kundizzjonijiet tad-dissipazzjoni tas-sħana jmorru għall-agħar, u l-ambjent elettriku jsir estremament ħarxa-kull apparat ġewwa l-magna ottika jiġi mbuttat għal-limiti fiżiċi tiegħu. Taħt dan is-sett ġdid ta 'restrizzjonijiet, TFLN wasal fil-mument perfett, evolvi minn "punt ta' referenza tal-prestazzjoni" għal "neċessità tal-inġinerija."
Fil-qosor, ir-raġuni li nijobat tal-litju tal-film irqiq-sar tant jaħraq mhix biss li sar irqaq-iżda minħabba li l-edifiċju tal-qawwa tal-kompjuter fl-aħħar tela' mal-art fejn it-TFLN irid iservi bħala l-ħajt tal-ġarr-tagħbija.