銅和光互連作為下一代數(shù)據(jù)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多年里支持?jǐn)?shù)據(jù)中心中 AI 集群的擴(kuò)展。

在未來幾年里，數(shù)據(jù)中心中 AI 加速器集群的擴(kuò)展將面臨復(fù)合挑戰(zhàn)。系統(tǒng)架構(gòu)師將需要同時(shí)應(yīng)對(duì)三個(gè)挑戰(zhàn)：

1. 提供更好的性能以滿足飆升的帶寬需求。

2. 在計(jì)算能力和復(fù)雜性的擴(kuò)展中控制成本。

3. 繼續(xù)提高能源效率。這三個(gè)挑戰(zhàn)讓網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商夜不能寐。

雖然新技術(shù)的出現(xiàn)為創(chuàng)新創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，但也讓數(shù)據(jù)中心不堪重負(fù)。新的 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載，如生成式 AI 和大型語(yǔ)言模型（LLMs），正在將數(shù)據(jù)帶寬推向傳統(tǒng)互連之外，速度迅速翻倍至 800G，并即將達(dá)到 1.6T。

太比特速度下的技術(shù)限制

為了跟上不斷增長(zhǎng)的需求，數(shù)據(jù)中心依賴于兩種解決方案：400 吉比特（400G）和 800 吉比特（800G）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過銅纜進(jìn)行短距離傳輸，并通過光纖電纜支持長(zhǎng)距離傳輸。然而，這兩種技術(shù)都將達(dá)到其千吉比特互聯(lián)速度的技術(shù)極限。

銅纜是短距離應(yīng)用中的首選互聯(lián)方式，因?yàn)樗杀镜?、?jiǎn)單且可靠性高。銅纜的局限性在于，由于趨膚效應(yīng)，隨著傳輸速度的增加，信道損耗會(huì)嚴(yán)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(shù)據(jù)中心部署。

轉(zhuǎn)向光互連

對(duì)于許多與人工智能相關(guān)的工作負(fù)載，超大規(guī)模企業(yè)將轉(zhuǎn)向光互連，例如有源光纜（AOC）。光互連可以提供公里級(jí)別的連接距離，但由于需要進(jìn)行電到光的轉(zhuǎn)換，因此更復(fù)雜、耗能更多且更昂貴，需要額外的組件，如光數(shù)字信號(hào)處理器、跨阻抗放大器（TIAs）、激光驅(qū)動(dòng)器和激光器。

這些電纜集成了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器和復(fù)雜的光學(xué)組件，以高速傳輸和接收光信號(hào)。AOCs 比銅纜支持更長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度，并且更細(xì)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?yàn)楣鈱W(xué)性能會(huì)隨溫度變化，并且總會(huì)隨著時(shí)間的推移而失效。

光數(shù)字信號(hào)處理器電子設(shè)備增加了顯著的延遲，從而降低了網(wǎng)絡(luò)性能。添加光學(xué)引擎和數(shù)字信號(hào)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功耗，從而增加了數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的能源需求。

超過銅和光，一種新的互連技術(shù)瞄準(zhǔn)下一代數(shù)據(jù)中心

所有這一切都讓超大規(guī)模計(jì)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(duì)大規(guī)模部署的成本效益?，F(xiàn)在，請(qǐng)看第三種選擇：e-Tube，這是一種可擴(kuò)展的多太比特互連平臺(tái)，使用射頻數(shù)據(jù)傳輸通過塑料介電波導(dǎo)。

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?cái)?shù)據(jù)上轉(zhuǎn)換為射頻域。天線輻射無(wú)線信號(hào)，通過 e-Tube 核心進(jìn)行傳播。

另一端，一個(gè)互補(bǔ)的毫米波射頻接收器和天線接收并轉(zhuǎn)換無(wú)線信號(hào)回電信號(hào)域。該互連設(shè)備像電氣系統(tǒng)一樣，對(duì)通過 ARC 連接的兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作。ARC 管理電信號(hào)到射頻信號(hào)和射頻信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換對(duì)兩個(gè)連接的系統(tǒng)透明。

圖 2。e-Tube 架構(gòu)

使用塑料作為布線介質(zhì)，數(shù)據(jù)可以在低成本下實(shí)現(xiàn)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(kuò)展的互連，因?yàn)樗捎糜趶?56G 到 224G 及更高速率的數(shù)據(jù)傳輸。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸纳漕l發(fā)射器和接收器 IC 實(shí)現(xiàn)了行業(yè)最佳的 3 皮焦耳/比特能效，并且只有皮秒級(jí)延遲。

更輕、更薄、更省電

結(jié)果是，這種電纜比銅纜的傳輸距離長(zhǎng) 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 正在滿足銅纜和光纜互連技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的帶寬需求。它是數(shù)據(jù)中心從 1.6T 和 3.2T 速度過渡時(shí)，機(jī)架內(nèi)和相鄰機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)和經(jīng)過驗(yàn)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(shù)十年的批量生產(chǎn)。電纜設(shè)計(jì)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(tǒng)設(shè)計(jì)提供了靈活性，因?yàn)樗兄诖_保與不同制造商的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的兼容性。

革新計(jì)算織物互連

隨著數(shù)據(jù)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(jì)算需求，需要第三種互連選項(xiàng)來彌補(bǔ)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)有望通過提供獨(dú)特的能效、更長(zhǎng)的電纜傳輸距離、更低的延遲和成本點(diǎn)，在未來多年里革新計(jì)算織物互連，以擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心中的 AI 集群。