英特尔实现集成光I/O芯片“里程碑”进展

在刚刚过去的2024年国际光通信会议（Optical Fiber Communication Conference 2024）上，英特尔公司宣布了其在高速数据传输的集成光子技术方面的最新进展。英特尔表示，其集成光子学解决方案(IPS)事业部展示了一种集成光计算互连(OCI)芯片。该OCI芯片的原型设计支持在长达100米的光纤上每个方向支持64通道、每通道支持32Gbps的数据数据传输，预计将满足人工智能基础设施对更高带宽、更低功耗和更长的覆盖范围不断增长的需求。英特尔称其为是高速数据传输上的“里程碑式”进展。

该芯片与英特尔CPU共封装，并运行实时数据。英特尔表示，这种共封装解决方案非常节能，每比特的能耗仅为5皮焦(pJ)，而可插拔光收发模块每比特的能耗约为15皮焦(pJ)。英特尔表示，这种超高效率水平对于数据中心和高性能计算环境至关重要，可以帮助解决人工智能不可持续的电力需求。

该芯片利用8对光纤，每对光纤携带8个密集波分复用(DWDM)波长，在每个方向上支持64个32 Gbps的通道，最远可达100米(尽管由于飞行时间延迟，实际应用可能限制在数十米)，支持高达每秒4Tbps的双向数据传输。第一个OCI实现支持高达每秒4Tbps的双向数据传输，与外围组件互连PCIe Gen5兼容。现场光链路演示利用两个CPU平台之间通过单模光纤(SMF)跳线的发送器(Tx)和接收器(Rx)连接。CPU生成并测量了光学误码率(BER)，演示显示了单个光纤上200GHz间隔的8个波长的Tx光谱，以及32 Gbps的Tx眼图，说明了强信号质量。

它支持CPU/GPU集群连接和新型计算架构的未来可扩展性，包括一致性内存扩展和资源分解。完全集成的OCI芯片利用英特尔经过现场验证的硅光子技术，将硅光子集成电路(PIC)与电子IC集成在一起，其中包括片上激光器和光放大器。在OFC上展示的OCI芯片与英特尔CPU共封装，但也可以与下一代CPU、GPU、IPU和其他片上系统(SoC)集成。

该公司表示，OCI芯片利用了英特尔实验室超过25年的集成光子学研究，并补充说，英特尔是第一个向主要云服务提供商大量开发基于硅光子学的连接产品的公司。

“不断增长的数据从服务器到服务器的移动正在使当今数据中心基础设施的能力变得紧张，目前的解决方案正在迅速接近电气I/O性能的实际极限。”集成光子学解决方案(IPS)事业部产品管理和战略高级主管Thomas Liljeberg表示:“然而，英特尔的突破性成就使客户能够将共封装硅光子互连解决方案无缝集成到下一代计算系统中。我们的OCI芯片提高了带宽，降低了功耗，扩大了覆盖范围，使机器学习工作负载加速，有望彻底改变高性能人工智能基础设施。”

英特尔公司表示，其主要区别在于采用混合激光晶圆技术和直接集成技术进行集成，从而提高可靠性和降低成本。这种方法使英特尔能够在保持效率的同时提供卓越的性能。英特尔稳健的大容量平台拥有超过800万个PIC和超过3200万个集成片上激光器，显示激光故障时间(FIT)率低于0.1，这是一个广泛使用的可靠性指标，代表故故率和故障发生的次数。

这些PIC被封装在可插拔收发模块中，部署在大型数据中心网络中，用于大型超大规模云服务提供商的100、200和400 Gbps应用。支持新兴800 Gbps和1.6 Tbps应用的下一代200G/通道PIC正在开发中。

该OCI芯片是一个原型。英特尔正在与选定的客户合作，将OCI与他们的SoC一起封装为光I/O解决方案。