Silizium-Photonik Erstes voll integriertes optisches Chip-Set mit 4 TBit/s

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Der Prototyp eines Optical-Compute-Interconnect (OCI)-Chips wurde von Intel vorgestellt. Mit dem OCI-Chip können auf 64 Kanälen bis zu 4 TBit/s übertragen werden. Die Entwicklung ist vor allem für die steigende Rechenleistung von KI-Anwendungen interessant.

Mit dem Aufkommen und der zunehmenden Verbreitung von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) steigen die Anforderungen an Rechenzentren erheblich. Eine schnellere Datenverarbeitung kann helfen, die Last zu verteilen. Intel hat nun einen Optical-Compute-Interconnect- (OCI-)Chip vorgestellt, der die Anforderungen nach hoher Bandbreite, geringem Stromverbrauch und großer Reichweite erfüllt. Damit sollen neue Rechenarchitekturen, aber auch eine bessere Skalierbarkeit für KI-Anwendungen ermöglicht werden.

Das von Intel vorgestellt OCI-Chip ist darauf ausgelegt, 64 Kanäle mit 32 GBit/s Daten auf einer Glasfaserstrecke von 100 m zu übertragen. Der vollständig integrierte OCI-Chip nutzt die von Intel entwickelt Silizium-Photonik-Technik und integriert einen Silizium-Photonik-integrierten Schaltkreis (PIC). Dieser enthält on-Chip-Laser und optische Verstärker und kombiniert diese mit einem elektrischen IC.

Datenraten von bis zu 4 TBit/s

Die von Intel vorgestellte OCI-Implementierung unterstützt einen bidirektionalen Datentransfer von 4 TBit/s. Im Detail sind das 64 Kanäle mit je 32 GT/s über PCIe der fünften Generation (PCIe Gen5). Zur Übertragung der Daten wird DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) verwendet. Die hybride Ausführung aus optischen und elektrischen Komponenten ist bemerkenswert energieeffizient und verbraucht nur 5 Pico-Joule (pJ) pro Bit im Vergleich zu steckbaren optischen Transceivermodulen mit etwa 15 pJ/Bit. Allerdings führen fünf Billionstel Joule pro Bit bei vier Billionen Bit pro Sekunde zu einer Leistungsaufnahme von 20 Watt.

Neue Schnittstelle für kommende Computersysteme

Die integrierte Photonik treibt Intel bereits seit mehr als 25 Jahre voran. Intel war das erste Unternehmen, das Silizium-Photonik-basierte Chips vor allem für große Cloud-Service-Provider entwickelte und lieferte. Im Jahr 2023 zeigte Intel einen Prozessor mit vier OCI-Chips. Sie kamen allerdings nur auf die Hälfte der Bandbreite.

Thomas Liljeberg, Senior Director of Product Management and Strategy der Integrated Photonics Solutions Group von Intel: Unsere Entwicklung ermöglicht es den Anwendern, eine sogenannte Co-Package-Silizium-Photonik-Interconnect nahtlos in die Computersysteme der nächsten Generation zu integrieren. Unser OCI-Chip erhöht die Bandbreite, senkt den Stromverbrauch und erhöht die Reichweite, was die Beschleunigung von ML-Workloads ermöglicht und wird die Hochleistungs-KI-Infrastruktur grundlegend verändern.“

Schlüsselrolle der nächsten Chip-Generation

Die Integration von OCI-Chiplets ermöglicht es Rechenzentren, den ständig steigenden Anforderungen an Bandbreite und Energieeffizienz gerecht zu werden. HPC-Anwendungen profitieren von den hohen Datenübertragungsraten und der geringen Latenzzeit. Trotz der aktuellen Prototypenphase und der noch bevorstehenden breiten Einführung zeigen die Entwicklungen von Intel und die Zusammenarbeit mit ausgewählten Kunden, dass die OCI-Technologie eine vielversprechende Zukunft hat und eine Schlüsselrolle in der nächsten Generation von Rechen- und Datenverarbeitungsarchitekturen spielen wird. (heh)

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