康寧光通信：先進(jìn)光學(xué)與光纖融合，助力人工智能蓬勃發(fā)展

  ICC訊 從愛(ài)迪生的電燈泡，到特種智能手機(jī)玻璃和光纖，近175年來(lái)，康寧的玻璃創(chuàng)新持續(xù)塑造著人類(lèi)連接、溝通與計(jì)算的方式。如今，這一傳承仍在延續(xù)——康寧不斷開(kāi)發(fā)精密技術(shù)，推動(dòng) AI 連接能力的提升，并夯實(shí)支撐數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型智能的基礎(chǔ)設(shè)施。

  人工智能的未來(lái)正在迅速展開(kāi)，而玻璃創(chuàng)新正是應(yīng)對(duì)前所未有數(shù)據(jù)需求的關(guān)鍵。

  先進(jìn)光學(xué)與半導(dǎo)體：高級(jí)AI網(wǎng)絡(luò)的基石

  康寧先進(jìn)光學(xué)事業(yè)部（Corning Advanced Optics）擁有悠久的創(chuàng)新歷史。過(guò)去50年，該部門(mén)不斷拓展其業(yè)務(wù)范圍，涵蓋航空航天與國(guó)防、特種玻璃、高端光學(xué)制造與技術(shù)，以及半導(dǎo)體技術(shù)等領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出在芯片制造幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要的材料。

  該事業(yè)部在芯片制造三大關(guān)鍵領(lǐng)域已取得顯著成果：

  · 光刻（利用光將掩模設(shè)計(jì)圖案轉(zhuǎn)移到晶圓基底的制程）

  · 檢測(cè)與計(jì)量（識(shí)別缺陷并控制特征位置與關(guān)鍵尺寸精度的過(guò)程）

  · 先進(jìn)封裝（將多顆芯片組裝為復(fù)雜系統(tǒng)級(jí)封裝器件的過(guò)程）。

  從手機(jī)、筆記本電腦、到作為 AI 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)核心的加速器——GPU，先進(jìn)光學(xué)技術(shù)在算力規(guī)模擴(kuò)展中發(fā)揮著重要作用

  康寧先進(jìn)光學(xué)與精密玻璃解決方案事業(yè)部商業(yè)技術(shù)總監(jiān)Xavier Lafosse表示：“人工智能的快速發(fā)展依賴(lài)于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的突破，而康寧先進(jìn)光學(xué)很榮幸在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。我們的玻璃材料和精密光學(xué)元件支持從光刻、檢測(cè)到先進(jìn)封裝等先進(jìn)芯片制造流程，為現(xiàn)代AI網(wǎng)絡(luò)提供動(dòng)力。通過(guò)與整個(gè)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作，康寧助力實(shí)現(xiàn)下一代AI應(yīng)用所需的可擴(kuò)展連接性和處理性能。”

  通過(guò)“Scale-up（縱向擴(kuò)展）”架構(gòu)推動(dòng)AI增長(zhǎng)

  在當(dāng)前的 AI 數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中，“縱向擴(kuò)展（scale up）”模式正日益普及，即通過(guò)在現(xiàn)有AI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)增加更多GPU資源來(lái)提升計(jì)算性能。

  對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商而言，最簡(jiǎn)單的擴(kuò)容方式就是在單個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)增加GPU加速器的數(shù)量。在不斷擴(kuò)大的集群中互連這些GPU，需要在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與AI加速器之間部署高速互連。隨著大型語(yǔ)言模型等AI應(yīng)用在規(guī)模和復(fù)雜性上不斷提升，這種擴(kuò)容方式使運(yùn)營(yíng)商能夠逐步增加低延遲容量，確保節(jié)點(diǎn)具備足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬和內(nèi)存帶寬。

  然而，縱向擴(kuò)展也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)——它不僅僅是增加GPU那么簡(jiǎn)單。例如，服務(wù)器機(jī)箱內(nèi)部的連接必須適應(yīng)更密集的配置、更小的彎曲半徑以及更緊湊的布線(xiàn)路徑。傳統(tǒng)光纖在這些極端條件下并不適用。取而代之的是專(zhuān)為高彎曲性能和高可靠性設(shè)計(jì)的特種光纖，例如康寧 CPO FlexConnect? 光纖，才能更好地支持這類(lèi)高密度內(nèi)部架構(gòu)。

  要使這些架構(gòu)有效運(yùn)行，就需要具備前瞻性、高韌性的物理基礎(chǔ)設(shè)施，能夠以前所未有的速度傳輸海量數(shù)據(jù)。

  先進(jìn)光學(xué)組件如何解鎖 CPO 架構(gòu)

  AI數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的另一重大變革，是光電共封裝（CPO）的興起。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)（光模塊位于交換機(jī)或服務(wù)器托盤(pán)邊緣）不同，CPO 將光學(xué)組件直接與 GPU 或交換芯片 ASIC 等高性能處理器封裝在同一封裝內(nèi)，從而縮短銅互連距離、降低功耗并顯著提升帶寬。

  在CPO生態(tài)系統(tǒng)中，多項(xiàng)先進(jìn)光學(xué)組件對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一新層級(jí)的處理性能至關(guān)重要。例如，可拆卸光纖陣列單元（FAU）能夠?qū)⒐鈱W(xué)與電子器件集成在同一基板上，實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件與硅芯片之間的無(wú)縫通信。FAU不僅能以極高精度對(duì)準(zhǔn)多根光纖，還支持這些光學(xué)組件的高批量組裝。即便是微小的對(duì)準(zhǔn)偏差，也可能導(dǎo)致性能下降并影響功耗?？祵幍墓庾蛹?jí)FAU提供了所需的精度，確保CPO系統(tǒng)中每一處光連接都具備可靠的信號(hào)完整性。

  由于 CPO 要求光學(xué)組件在極其緊湊的空間內(nèi)工作，因此必須采用高度緊湊、專(zhuān)為高密度環(huán)境設(shè)計(jì)的光纖，以實(shí)現(xiàn)最小信號(hào)損耗的短距離高速連接。這一轉(zhuǎn)型同樣依賴(lài)半導(dǎo)體技術(shù)，為將所有組件物理集成于統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)中提供基礎(chǔ)設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn) AI 所需的性能與可擴(kuò)展性。

  康寧光通信光子連接解決方案商業(yè)總監(jiān)Benoit Fleury表示：“過(guò)去五年，受AI爆發(fā)式增長(zhǎng)及其對(duì)更快、更高效數(shù)據(jù)處理需求的驅(qū)動(dòng)，CPO網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以前所未有的速度加速推進(jìn)?？祵幎嗄陙?lái)持續(xù)投入CPO技術(shù)的研發(fā)，如今，我們的專(zhuān)業(yè)能力和覆蓋范圍使我們能夠參與CPO基礎(chǔ)設(shè)施的幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)。隨著AI持續(xù)擴(kuò)展，CPO已成為實(shí)現(xiàn)下一代系統(tǒng)的關(guān)鍵，我們看到了在這一變革性領(lǐng)域不斷創(chuàng)新和引領(lǐng)的巨大機(jī)遇。”

  連接未來(lái) AI 的關(guān)鍵紐帶

  隨著AI工作負(fù)載不斷升級(jí)，先進(jìn)光學(xué)組件正成為連接處理器、GPU 與加速器實(shí)現(xiàn)大規(guī)模通信的“神經(jīng)系統(tǒng)”。無(wú)論是在半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)，還是在 CPO 架構(gòu)設(shè)計(jì)中，先進(jìn)光學(xué)解決方案與光學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施都將成為下一輪 AI 創(chuàng)新的核心支撐力量。

  作者：Benoit Fleury 康寧光通信CPO業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)；Xavier Lafosse 康寧公司先進(jìn)光學(xué)事業(yè)部商業(yè)技術(shù)總監(jiān)