人工智能帶來的帶寬速率挑戰(zhàn)
公開數(shù)據(jù)顯示，從GPT-1到GPT-3，模型的參數(shù)量從1.1億個增長到了1750億個，GPT-4模型的參數(shù)達到1.8萬億個。根據(jù)市場調(diào)查機構(gòu)TrendForce的數(shù)據(jù)，如果以英偉達A100顯卡的處理能力計算，GPT-3.5大模型需要2萬塊GPU來處理訓練數(shù)據(jù)。
ChatGPT，加上紛至沓來的AI大模型，AIGC（人工智能生成內(nèi)容）產(chǎn)業(yè)不僅帶來檢索效率和工作效率的提升，同時由于大模型需要大量的數(shù)據(jù)和算力進行訓練和運行，并在使用過程中產(chǎn)生大量新的數(shù)據(jù)，因此除了GPU計算之外，對于高速存儲和數(shù)據(jù)交換也有更高的要求。
根據(jù)中國移動在《算力網(wǎng)絡(luò)白皮書（2021年版）》中公布的算力網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。在算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層，即算網(wǎng)底座，全光傳輸?shù)鬃咽切袠I(yè)的共識。先進算力遵循“木桶效應(yīng)”的，算力、存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸三大核心環(huán)節(jié)，一個出現(xiàn)短板，整個系統(tǒng)的性能就會出現(xiàn)巨大的下滑，這也是云服務(wù)商積極部署800G以太網(wǎng)交換的原因。
Dell’Oro Group 最近發(fā)布的一份《以太網(wǎng)交換機五年預(yù)測》報告顯示，2021 年至 2026 年間，以太網(wǎng)交換機數(shù)據(jù)中心市場預(yù)計將以接近兩位數(shù)的復(fù)合年增長率增長，未來5年累計支出將接近1000億美元。預(yù)計400Gbps及更高的速度將占支出的一半，到2025年，800Gbps將超過400Gbps。
交換芯片的容量每兩年翻一倍
博通始終代表著交換芯片的最先進解決方案，Tomahawk系統(tǒng)芯片是高帶寬交換機平臺芯片，Tomahawk 5是Broadcom推出的5納米工藝的51.2T交換容量的芯片，主要針對超大規(guī)模企業(yè)和云服務(wù)商用交換機和路由器芯片市場。
Tomahawk 5可以驅(qū)動51.2TB/秒的總帶寬，64個以800Gb/秒運行的端口、128個以400Gb/秒運行的端口和256個以200Gb/秒運行的端口，超大規(guī)模企業(yè)和云服務(wù)商喜歡具有128端口基數(shù)、每端口運行速度為400Gb/秒的交換機，其中 64個端口向下連接到機架中的服務(wù)器，64個端口向上連接到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主干層。人工智能服務(wù)器集群可以使用256個以200Gb/秒運行的端口，可以極大滿足人工智能計算的數(shù)據(jù)交換需求。
這些大容量交換芯片一般都是大型的FCBGA封裝，芯片尺寸大于60cm2，超過8000個LGA引腳。
光進銅退，800G交換機的互聯(lián)方案
隨著高速信號的傳輸速率從50G增加到100G再到200G，傳輸系統(tǒng)的損耗從低于10dB增加到超過20dB。在信號傳輸速率超過200G時，PCB板的互聯(lián)復(fù)雜性增加，幾乎所有信號線的走線長度都將超出1m DAC線路傳輸?shù)膿p耗預(yù)算。
Celestica在OCP Summit 2023上展示了一款使用Broadcom TomaHawk 5交換芯片的800G交換機。采用flyover cables的銅纜技術(shù)來縮短布線及散熱問題。
flyover cables銅纜技術(shù)，很好解決了800G交換機的設(shè)計與技術(shù)挑戰(zhàn)點：
更容易走線到可插拔的光模塊(線長更短信號更好)。由于800G交換機基于112Gpbs速率及密集的交換線路布線路，在PCB上走線時其信號噪聲很難最小化，其解決主案一種是選擇共封裝光學器件(CPO)方案，另一種就是易操作/低成本的flyover cables銅纜方案；
功耗散熱問題:800G交換芯片及光模塊需要更大的散熱器來進行冷卻。由于采用了flyover cables銅纜方案，中間多出大量空間，這些空間被利于安裝大型散熱器。
共封裝光學器件(CPO)是另外一個替代方案。隨著800G交換機的產(chǎn)品化，速率達到224Gbps，CPO會越來越流行。
光模塊集成的演變過程
圖片來自：日月光
在目前的服務(wù)器上，數(shù)據(jù)是通過光模塊將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將數(shù)據(jù)傳輸至交換機或者服務(wù)器中。
在共封裝光學器件(CPO)中，光接收器、放大器和DSP這些光模塊上的功能器件會被集成到PCB載板上。通過CPO方案，可以降低30%的功耗，降低40%的成本，數(shù)據(jù)交換密度提升之后，體積變得更小。
銳捷網(wǎng)絡(luò)25.6T硅光CPO交換機
銳捷網(wǎng)絡(luò)51.2T硅光NPO交換機
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