光中介层可能在 2025 年开始为 AI提速

光纤电缆正在逐渐靠近高性能计算机中的处理器，用玻璃取代铜连接。科技公司希望通过将光学连接从服务器外部移动到主板上，然后让它们与处理器并排放置，从而加速 AI 并降低其能源成本。现在，科技公司准备在寻求成倍增加处理器潜力的道路上走得更远——通过滑入处理器下面的连接。

这就是 Lightmatter 采用的方法，它声称通过配置插入器进行光速连接而处于领先地位，不仅在处理器之间，而且在处理器的各个部分之间。该技术的支持者声称，它有可能显著降低复杂计算中的功耗，这是当今 AI 技术进步的基本要求。

Lightmatter 的创新吸引了投资者的注意，他们看到了该技术的足够潜力，为该公司筹集了 8.5 亿美元，使其远远领先于竞争对手，估值达到 44 亿美元。现在，Lightmatter 已准备好运行其名为 Passage 的技术。该公司计划到 2025 年底在主要客户系统中安装并运行该技术的生产版本。

Passage 是一种光学互连系统，可能是提高高性能处理器的计算速度超越摩尔定律限制的关键一步。首席执行官 Nick Harris 表示，这项技术预示着一个未来，不同的处理器可以汇集他们的资源并同步处理人工智能所需的大量计算。

“从现在开始，计算的进步将来自将多个芯片连接在一起，”他说。

光中介层

从根本上说，Passage 是一种中介层，是一块玻璃或硅片，较小的硅芯片（通常称为小芯片）在同一封装内连接和互连。如今，许多顶级服务器 CPU 和 GPU 都由中介层上的多个硅晶片组成。该方案允许设计人员连接采用不同制造技术制造的芯片，并增加处理量和内存量，超出单个芯片所能达到的水平。

今天，连接中介层上小芯片的互连是严格的电气互连。与主板上的链路相比，它们是高速和低能耗的链路。但它们无法与光子通过玻璃纤维的无阻抗流动相提并论。

通道是从 300 毫米的硅晶片上切割的，该晶片在表面下方含有一层薄薄的二氧化硅。多波段外部激光芯片提供 Passage 使用的光。中介层包含可以从芯片的标准 I/O 系统接收电信号的技术，称为串行器/解串器或 SerDes。因此，Passage 与开箱即用的硅处理器芯片兼容，不需要对芯片进行根本的设计更改。

计算小芯片堆叠在光中介层的顶部。 光物质

信号从 SerDes 传输到一组称为微环谐振器的收发器，这些收发器将不同波长的位编码到激光上。接下来，多路复用器将光波长组合到光电路上，在那里数据由干涉仪和更多的环形谐振器路由。

数据可以从光电路通过排列在芯片封装相对两侧的八个光纤阵列之一从处理器发送出去。或者数据可以路由回同一处理器中的另一个芯片。在任一目的地，该过程都是反向运行的，其中光被解复用并转换回电能，使用光电探测器和跨阻放大器。

Harris 声称，Passage 可以使数据中心使用六分之一到二十分之一的能源。

与典型的电气布置相比，处理器中任何小芯片之间的直接连接消除了延迟并节省了能源，典型的电气布置通常仅限于芯片周边。

这就是 Passage 在将处理器与光连接起来的竞赛中与其他参赛者的不同之处。Lightmatter 的竞争对手，如 Ayar Labs 和 Avicena，生产光学 I/O 小芯片，旨在位于处理器主芯片旁边的有限空间内。Harris 将这种方法称为“第 2.5 代”光互连，比位于主板上处理器封装外部的互连高出一步。

光学元件的优势

光子互连的优势在于消除了电力固有的限制，电力必须将数据移动得越远，电力消耗的能量就越多。

光子互连初创公司建立在这样一个前提之上，即必须消除这些限制，才能使未来的系统满足即将到来的人工智能计算需求。Harris 说，数据中心中的许多处理商需要同时处理一项任务。但是，他补充说，用电在它们之间移动数米的数据“在物理上是不可能的”，而且成本高得令人难以置信。

“对于数据中心的用途来说，电力要求越来越高，”Harris 继续说道。他声称，通道可以使数据中心使用六分之一到二十分之一的能源，并且随着数据中心规模的增长，效率会提高。然而，他说，光子互连带来的节能并不会导致数据中心总体功耗降低。它们没有减少能源使用，而是更有可能消耗相同数量的电力，只是在要求更高的任务上。

AI 推动光互连

Lightmatter 的金库在 10 月通过一轮 4 亿美元的 D 轮融资而增长。TechInsights 的分析师 James Sanders 说，对优化处理器网络的投资是“不可避免”趋势的一部分。

2023 年，10% 的服务器出货量实现了加速，这意味着它们包含与 GPU 或其他 AI 加速 IC 配对的 CPU。这些加速器与 Passage 旨在配对的加速器相同。TechInsights 预测，到 2029 年，三分之一的服务器出货量将加速。投入光子互连的资金押注它们是从 AI 中获利所需的加速器。