الترابط البصري: يمكن للوسطاء البصريين لـ Lightmatter البدء في تسريع الذكاء الاصطناعي في عام 2025

الفيبر-الكابلات الضوئية هي تقترب من المعالجات في أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء، وتستبدل التوصيلات النحاسية بالزجاج. وتأمل شركات التكنولوجيا في تسريع الذكاء الاصطناعي وخفض تكلفة الطاقة عن طريق نقل الاتصالات الضوئية من خارج الخادم إلى اللوحة الأم ثم وضعها بجانب المعالج. والآن تستعد شركات التكنولوجيا للذهاب إلى أبعد من ذلك في سعيها لمضاعفة إمكانات المعالج، عن طريق إدخال الاتصالات تحته.

هذا هو النهج الذي اتبعته شركة Lightmatter، التي تدعي أنها تقود الحزمة باستخدام وسيط تم تكوينه لإجراء اتصالات بسرعة الضوء، ليس فقط من معالج إلى معالج ولكن أيضًا بين أجزاء المعالج. يدعي أنصار هذه التكنولوجيا أن لديها القدرة على تقليل كمية الطاقة المستخدمة في الحوسبة المعقدة بشكل كبير، وهو مطلب أساسي لتقدم تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي اليوم.

لقد جذبت ابتكارات Lightmatter انتباه المستثمرين، الذين رأوا إمكانات كافية في هذه التكنولوجيا لجمع 850 مليون دولار أمريكي للشركة، مما جعلها تتفوق على منافسيها بتقييم متعدد اليونيكورن بقيمة 4.4 مليار دولار. الآن تستعد شركة Lightmatter لتشغيل تقنيتها التي تسمى Passage. وتخطط الشركة لتركيب النسخة الإنتاجية من التكنولوجيا وتشغيلها في أنظمة العملاء الرئيسيين بحلول نهاية عام 2025.

يمكن أن يكون نظام Passage، وهو نظام ربط بصري، خطوة حاسمة لزيادة سرعات الحساب للمعالجات عالية الأداء بما يتجاوز حدود قانون مور. تبشر هذه التكنولوجيا بمستقبل حيث يمكن للمعالجات المنفصلة تجميع مواردها والعمل بشكل متزامن على الحسابات الضخمة التي يتطلبها الذكاء الاصطناعي، وفقًا للرئيس التنفيذي نيك هاريس.

ويقول: “إن التقدم في مجال الحوسبة من الآن فصاعدا سيأتي من ربط شرائح متعددة معا”.

المتدخل البصري

في الأساس، الممر عبارة عن وسيط، وهو عبارة عن شريحة من الزجاج أو السيليكون التي يموت عليها السيليكون الأصغر، والتي تسمى غالبًا شرائح صغيرة، متصلة ومترابطة داخل نفس الحزمة. تتكون العديد من وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) للخادم الأعلى هذه الأيام من قوالب سيليكون متعددة على المتدخلين. يسمح المخطط للمصممين بربط القوالب المصنوعة بتقنيات تصنيع مختلفة وزيادة مقدار المعالجة والذاكرة بما يتجاوز ما هو ممكن باستخدام شريحة واحدة.

اليوم، أصبحت الوصلات البينية التي تربط الشرائح الصغيرة على المتداخلين كهربائية تمامًا. وهي روابط عالية السرعة ومنخفضة الطاقة مقارنة، على سبيل المثال، بتلك الموجودة على اللوحة الأم. لكنها لا يمكن مقارنتها بتدفق الفوتونات الخالي من المعاوقة عبر الألياف الزجاجية.

يتم قطع الممر من رقاقة من السيليكون يبلغ قطرها 300 ملم تحتوي على طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون أسفل السطح مباشرة. توفر شريحة الليزر الخارجية متعددة النطاقات الضوء الذي يستخدمه الممر. يحتوي المتدخل على تقنية يمكنها استقبال إشارة كهربائية من نظام الإدخال/الإخراج القياسي للرقاقة، والذي يسمى المُسلسِل/إلغاء التسلسل، أو SerDes. على هذا النحو، يتوافق Passage مع شرائح معالج السيليكون الجاهزة ولا يتطلب أي تغييرات أساسية في تصميم الشريحة.

يتم تكديس شرائح الحوسبة فوق المتدخل البصري. مادة لايت

تنتقل الإشارة من SerDes إلى مجموعة من أجهزة الإرسال والاستقبال تسمى رنانات microring، والتي تقوم بتشفير البتات على ضوء الليزر بأطوال موجية مختلفة. بعد ذلك، يقوم معدد الإرسال بدمج أطوال موجات الضوء معًا في دائرة بصرية، حيث يتم توجيه البيانات بواسطة مقاييس التداخل والمزيد من الرنانات الحلقية.

ومن الدائرة الضوئية، يمكن إرسال البيانات من المعالج من خلال إحدى مصفوفات الألياف الثمانية التي تصطف على الجوانب المقابلة لحزمة الشريحة. أو يمكن توجيه البيانات مرة أخرى إلى شريحة أخرى في نفس المعالج. في أي من الوجهتين، يتم تشغيل العملية في الاتجاه المعاكس، حيث يتم إزالة تعدد إرسال الضوء وترجمته مرة أخرى إلى كهرباء، باستخدام كاشف ضوئي ومضخم المعاوقة.

يمكن للمرور تمكين مركز البيانات من الاستخدام بين السدس والعشرون مثل ذلكطاقة“، يدعي هاريس.

يعمل الاتصال المباشر بين أي شريحة صغيرة في المعالج على إزالة زمن الوصول وتوفير الطاقة مقارنةً بالترتيب الكهربائي النموذجي، والذي غالبًا ما يقتصر على ما هو موجود حول محيط القالب.

وهنا يختلف Passage عن المشاركين الآخرين في السباق لربط المعالجات بالضوء. يقوم منافسو Lightmatter، مثل Ayar Labs وAvicena، بإنتاج شرائح الإدخال/الإخراج الضوئية المصممة لتوضع في مساحة محدودة بجوار القالب الرئيسي للمعالج. يطلق هاريس على هذا النهج اسم “الجيل 2.5” من الوصلات الضوئية، وهي خطوة أعلى من الوصلات البينية الموجودة خارج حزمة المعالج على اللوحة الأم.

مزايا البصريات

تأتي مزايا الوصلات الفوتونية من إزالة القيود المتأصلة في الكهرباء، التي تستهلك المزيد من الطاقة كلما كان عليها نقل البيانات لمسافة أبعد.

يتم بناء الشركات الناشئة للربط الفوتوني على فرضية أن هذه القيود يجب أن تسقط حتى تتمكن الأنظمة المستقبلية من تلبية المتطلبات الحسابية القادمة للذكاء الاصطناعي. يقول هاريس إن العديد من المعالجات عبر مركز البيانات ستحتاج إلى العمل على مهمة في وقت واحد. لكن نقل البيانات بينهما لمسافة عدة أمتار بالكهرباء سيكون “مستحيلًا فيزيائيًا”، كما يضيف، كما أنه مكلف بشكل مذهل.

ويواصل هاريس قائلاً: “لقد أصبحت متطلبات الطاقة مرتفعة جدًا مقارنة بما تم إنشاء مراكز البيانات من أجله”. ويدعي أن المرور يمكن أن يمكّن مركز البيانات من استخدام ما بين سدس وواحد على عشرين من الطاقة، مع زيادة الكفاءة مع نمو حجم مركز البيانات. ومع ذلك، فإن توفير الطاقة الذي تتيحه التوصيلات الضوئية لن يؤدي إلى استخدام مراكز البيانات لطاقة أقل بشكل عام، كما يقول. فبدلاً من تقليص استخدام الطاقة، من المرجح أن يستهلكوا نفس القدر من الطاقة، فقط في المهام الأكثر تطلبًا.

الذكاء الاصطناعي يحرك الروابط البصرية

نمت خزائن Lightmatter في أكتوبر مع جولة جمع التبرعات من السلسلة D بقيمة 400 مليون دولار. يقول جيمس ساندرز، المحلل في شركة TechInsights، إن الاستثمار في شبكات المعالجات المحسنة هو جزء من اتجاه أصبح “حتميًا”.

في عام 2023، تم تسريع 10 بالمائة من الخوادم التي تم شحنها، مما يعني أنها تحتوي على وحدات معالجة مركزية مقترنة بوحدات معالجة الرسومات أو غيرها من الدوائر المتكاملة المسرعة للذكاء الاصطناعي. هذه المسرعات هي نفس تلك التي تم تصميم Passage للاقتران بها. بحلول عام 2029، تتوقع TechInsights، أنه سيتم تسريع ثلث الخوادم التي يتم شحنها. إن الأموال التي يتم ضخها في الترابطات الضوئية هي رهان على أنها تمثل المسرع اللازم للاستفادة من الذكاء الاصطناعي.