NVIDIA revolutioniert mit seiner innovativen Silizium-Photonik-Technologie die KI-Landschaft. Dieser bahnbrechende Fortschritt wird voraussichtlich herkömmliche optische Verbindungen ersetzen, wie die beeindruckenden Fähigkeiten des Spectrum-X Ethernet Photonics-Systems zeigen.
NVIDIAs Photonik erzielt eine bemerkenswerte 3, 5-fache Verbesserung der Energieeffizienz
Während sich die Diskussion um Siliziumphotonik oft auf Direct-to-Device-Verbindungen (D2D) konzentriert, stehen Branchenriesen wie AMD und Intel weiterhin im Rampenlicht. NVIDIA verfolgt in diesem Bereich jedoch einen eigenen Kurs mit eigenen Ambitionen.
Auf der Konferenz Hot Chips 2025 stellte NVIDIA seine Spectrum-X Ethernet Photonics-Verbindung der nächsten Generation vor. Diese Technologie verspricht erhebliche Verbesserungen bei der Skalierung von KI-Fabriken und positioniert sich als praktikable Alternative zu bestehenden optischen Verbindungstechnologien.
NVIDIA betonte die entscheidende Rolle der Co-Packaged Photonics, die die Skalierbarkeit von KI-Operationen erheblich verbessert. So kann beispielsweise eine KI-Fabrik im Vergleich zu herkömmlichen Cloud-Rechenzentren bis zu 17-mal mehr optische Leistung verbrauchen. Dies ist vor allem auf die zunehmende Verbreitung von GPU-Clustern zurückzuführen, die mehrere optische Transceiver für die Kommunikation zwischen den GPUs erfordern. Folglich kann allein die Netzwerkoptik etwa 10 % der gesamten Rechenleistung einer KI-Fabrik ausmachen – ein beeindruckender Wert, den NVIDIA mit Spectrum-X Ethernet Photonics optimieren will.
Spectrum-X Ethernet Photonics ist eine Pionierleistung und soll als erstes System die SerDes-Technologie mit 200 Gbit/s pro Lane nutzen, einen hochmodernen Standard in der elektrischen Signalübertragung. Im Gegensatz zu steckbaren Transceivern verspricht dieses System eine höhere Signalintegrität und reduzierte Anforderungen an die digitale Signalverarbeitung (DSP), da die Photonik-Engine eng mit dem Switch-ASIC integriert ist. Diese Anordnung minimiert lange Leiterbahnen und reduziert die Anzahl der benötigten Laser deutlich. So wird eine 1, 6-Terabit-pro-Sekunde-Verbindung (Tb/s) von acht auf nur zwei Laser optimiert, was zu höherer Zuverlässigkeit und geringerem Stromverbrauch führt.
Diese fortschrittliche Silizium-Photonik-Technologie umfasst einen Silicon Photonics Co-Packaged Optics (CPO)-Chip mit einer beeindruckenden Übertragungsrate von 1, 6 Tbit/s. Mit integrierten Micro-Ring-Modulatoren (MRMs) bietet diese Lösung eine höhere Bandbreite bei geringerem Stromverbrauch und geringerem Platzbedarf. NVIDIAs Photonik-System zeichnet sich insbesondere durch die dreidimensionale Stapelung photonischer und elektronischer Schichten aus, die das Routing vereinfacht und die Bandbreitendichte erhöht. Die Zusammenarbeit mit TSMC, dem führenden Hersteller von Photonik, unterstreicht NVIDIAs Engagement für Innovation.
NVIDIAs Silizium-Photonik-Technologie soll beim Einsatz in Rechenzentren eine bemerkenswerte 3, 5-fache Verbesserung der Energieeffizienz, eine zehnmal höhere Zuverlässigkeit und eine 1, 3-mal schnellere Inbetriebnahme im Vergleich zu bestehenden optischen Standards bieten. Dieser Fortschritt bedeutet eine entscheidende Verbesserung der KI-Rechenleistung und ebnet den Weg für die breite Akzeptanz der Photonik als primäre Verbindungstechnologie. Das Unternehmen stellte außerdem seinen Flaggschiff-Switch mit integrierter Photonik vor, den Spectrum-6 102T. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:
- Doppelter Durchsatz
- 63-mal verbesserte Signalintegrität
- Reduzierung der Laserkomponenten um das Vierfache
- 1, 6-mal höhere Bandbreitendichte
- Dreizehnfach verbesserte Laserzuverlässigkeit
- Ersatz von 64 einzelnen Transceivern
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Zusammenfassend zielt NVIDIAs Photonik-Initiative darauf ab, den Stromverbrauch drastisch zu senken, die Skalierbarkeit zu optimieren und die Verbindungsgeschwindigkeiten durch den Einsatz photonischer Technologie exponentiell zu erhöhen. Die Implementierung von Co-Packaged-Siliziumoptiken ermöglicht eine bis zu dreimal höhere GPU-Effizienz unter ISO-Strombedingungen und eine etwa vierfache Reduzierung der insgesamt verwendeten Laser. Diese strategische Neuausrichtung ermöglicht die Umleitung eines erheblichen Teils der Energieressourcen von Netzwerkfunktionen zu den eigentlichen GPU-Clustern, was zu einer verbesserten Gesamtleistung führt.
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