Cómo la colaboración de la industria impulsa la óptica coempaquetada de NVIDIA

TL;DR

• NVIDIA está redefiniendo la conectividad de centros de datos al empaquetar componentes ópticos y eléctricos mediante una colaboración industrial profunda, formando un ecosistema que abarca IC fotónicos, ICs electrónicos, fibra, embalaje, conectores y láseres.
• El Micro Ring Modulator, motor de fotónica de silicio, permite modulación PAM4 directa de 200 Gbps por longitud de onda con una huella reducida, abriendo la vía a empaquetados densos y térmicamente manejables para implementaciones a gran escala.
• La colaboración con TSMC aborda desafíos de fabricación a escala, asegurando un rendimiento confiable y repetible incluso en las geometrías más pequeñas.
• Los conmutadores Quantum-X Photonics y Spectrum-X Ethernet Photonics integran subensambles ópticos modulares y motores fotónicos de silicio de alta densidad para entregar multi-terabit de ancho de banda y fuentes láser modulares.
• El módulo de Fuente Láser Externa (ELS) centraliza la generación de luz, reduciendo la cantidad total de láseres y posibilitando mantenimiento modular y en campo en entornos termicamente controlados.

Contexto y antecedentes

NVIDIA avanza la conectividad de centros de datos al integrar componentes ópticos y eléctricos, enfatizando la colaboración con socios de la industria. La plataforma de redes de NVIDIA reúne tecnologías de punta de socios especializados en procesos avanzados, láseres y soluciones de fibra a chip. Al coordinar cada aspecto del diseño, NVIDIA busca sistemas ópticos escalables, confiables y de alto rendimiento para afrontar el crecimiento del ancho de banda y la eficiencia energética. El ecosistema abarca ICs fotónicos, ICs electrónicos, fibra, embalaje, conectores y láseres, todos diseñados para soportar interconexiones ópticas para IA en entornos hiperscale. El objetivo es crear una plataforma de óptica coempaquetada (CPO) integrada y escalable que acompañe futuras cargas de IA. El Micro Ring Modulator se presenta como una innovación que combina una huella reducida y un control térmico sólido, permitiendo interconexiones densas sin comprometer consumo o presupuesto de refrigeración. La colaboración con TSMC se describe como esencial para superar desafíos de fabricación en geometrías pequeñas y obtener rendimiento estable y repetible en producción. La integración a nivel de oblea con lentes de silicio y una gestión mínima de parasitarios, junto con apilamientos densos de CMOS y fotónica, posibilita módulos compactos y manejables para entornos de data center hiperescala. El texto también introduce una aproximación modular al suministro de luz mediante fuentes láser externas y subensambles modulares que facilitan despliegue rápido y mantenimiento robusto. Este artículo ofrece una visión detallada de la innovación, asociaciones y fundamentos técnicos de la plataforma CPO de NVIDIA, cubriendo ICs fotónicos, ICs electrónicos, fibra, embalaje, conectores y láseres. Explica cómo el ecosistema NVIDIA habilita interconexiones de IA de alta ancho de banda y eficiencia energética, destacando la importancia de la colaboración con la industria para lograr interconexiones ópticas confiables y de alto rendimiento. Un punto clave es que el Micro Ring Modulator une densidad y control térmico, reconfigurando las limitaciones de planeación y facilitando una escalabilidad densa dentro de un solo paquete. En términos de colaboración, NVIDIA resalta que la óptica coempaquetada no se desarrolla aislada. Las asociaciones con proveedores de procesos en obleas, láseres y soluciones de fibra-para-chip permiten enfrentar desafíos de fabricación, fiabilidad e integración, garantizando un rendimiento láser estable y un packaging adecuado para la producción a gran escala. El ecosistema NVIDIA se presenta como una solución modular y escalable para data centers hiperescala y cargas de IA. Se mencionan contenidos técnicos previos sobre CPO y un video de exploración de switches coempaquetados (no se proporcionan URL en este texto) y se sugiere consultar Referencias para más detalles.

Qué hay de nuevo

• El Micro Ring Modulator se presenta como un avance que combina una huella ultrapequeña y un control térmico robusto, permitiendo interconexiones ultra densas dentro de un solo paquete.
• La colaboración con TSMC aborda desafíos de fabricación a escala, como el control de proceso, mitigación de la sensibilidad térmica y rendimiento de modulación estable a geometrías pequeñas.
• El Quantum-X Photonics switch introduce un subensamble óptico capaz de 4,8 Tbps de transmisión y 4,8 Tbps de recepción por subensamble, sostenido por tres motores ópticos COUPE que entregan 1,6 Tbps de transmisión y 1,6 Tbps de recepción por motor.
• Cada motor óptico utiliza ocho carriles PAM4 de 200 Gbps para transmisión y recepción, con ocho transmisiones, ocho recepciones y dos fibras láser de entrada por motor, posibilitando comunicaciones de baja latencia entre la red y las interfaces ópticas.
• Un diseño de subensamble tipo conector (socket-based) facilita la conectividad modular entre la interfaz eléctrica y el paquete principal del switch, junto con una interfaz de fibra herméticamente sellada para fiabilidad en campo.
• El ASIC del switch Quantum-X ofrece 28,8 Tbps de ancho de banda full duplex cuando se integran seis subensambles de alta capacidad en el interposer del switch, demostrando una arquitectura densa y termicamente eficiente.
• Las plataformas Quantum-X Photonics y Spectrum-X Ethernet Photonics se basan en módulos ELS para centralizar la potencia láser y reducir costos, manteniendo fiabilidad y modularidad.
• El módulo ELS contiene ocho láseres y puede alimentar 32 de las vías de transmisión del switch Quantum-X (de 576 vías totales), reduciendo la cuenta total de láseres; el mismo concepto se aplica a Spectrum-X con 16 módulos para una versión de un ASIC y 64 módulos para una versión de cuatro ASICs.
• Spectrum-X Ethernet Photonics reúne 32 motores fotónicos en silicio en un único módulo compacto, cada motor con 16 vías de transmisión y 16 vías de recepción (3,2 Tbps por motor), para un total de 512 vías eléctricas de 200 Gbps en un paquete compacto. Un conector óptico desprendible facilita procesos de fabricación automatizados y mejora el rendimiento de montaje.
• La base de rendimiento óptico de Quantum-X y Spectrum-X se apoya en el módulo ELS, que centraliza la generación de luz en un entorno dedicado y termicamente estable, reduciendo la deriva de longitud de onda y el envejecimiento.

Por qué importa (impacto para desarrolladores/empresas)

• Densidad y eficiencia energética: el Micro Ring Modulator permite interconexiones densas con control térmico robusto, aumentando el ancho de banda por dispositivo sin exceder el consumo de energía ni las necesidades de refrigeración.
• Fiabilidad a gran escala: los módulos ELS centralizados reducen la cantidad total de láseres y mejoran la fiabilidad, a la vez que ofrecen modularidad para mantenimiento y actualizaciones.
• Arquitectura modular y escalable: subensambles con conectores y interfaces de fibra herméticamente selladas simplifican el despliegue y el mantenimiento en entornos de data centers hiperscale.
• Interconexiones IA de alto rendimiento: las plataformas Quantum-X y Spectrum-X proporcionan capacidades multi-terabit con baja latencia para cargas de IA, entrenamiento e Inferencia, soportando arquitecturas de data centers futuras.
• Colaboración integrada: NVIDIA subraya alianzas con proveedores de procesos en obleas, láseres y soluciones fibra‑a‑chip, destacando un enfoque holístico para óptica coempaquetada que combina hardware, control de proceso y packaging a nivel de sistema para despliegue escalable.

Detalles técnicos o Implementación

• Micro Ring Modulator: motor de fotónica de silicio diseñado para modulación PAM4 directa de 200 Gbps por longitud de onda, con control térmico sólido para IA a gran escala.
• Integración a nivel wafer: módulos ópticos con lentes a nivel de oblea para alinear fibras de forma más rápida y eficiente.
• Motores COUPE: 1,6 Tbps de transmisión y 1,6 Tbps de recepción por motor, con ocho carriles PAM4 de 200 Gbps para transmisión y recepción y dos entradas de láser por motor.
• Subensamble Quantum-X: 4,8 Tbps de transmisión y 4,8 Tbps de recepción por subensamble, con motores COUPE para un empaquetado denso y eficiente.
• ASIC del switch (6 subensambles): 28,8 Tbps de ancho de banda full duplex al integrarse, con acoplamiento eléctrico y térmico denso y enfriamiento líquido eficiente.
• Sistema Q3450: switch fotónico con enfriamiento líquido que ofrece 115,2 Tbps full duplex en 144 puertos a 800 Gbps cada uno, diseñado para data centers IA de gran escala y baja latencia.
• Spectrum-X Ethernet Photonics: módulo MCM con 32 motores fotónicos en silicio; cada motor ofrece 3,2 Tbps (16 transmisiones + 16 received); admite 512 carriles eléctricos de 200 Gbps y utiliza un conector óptico desprendible para fabricación automatizada.
• Módulo ELS: unidad modular y reemplazable en campo, separada del chasis principal, centralizando la generación de luz para reducir deriva y envejecimiento de láseres. Un ELS contiene ocho láseres y puede alimentar 32 de las vías de transmisión del switch Quantum-X; mismo concepto aplicado a Spectrum-X con 16 módulos para una versión de un ASIC y 64 módulos para una versión de cuatro ASICs.
• Modularidad y despliegue en campo: los módulos ELS con conectores de fibra herméticamente sellados permiten despliegues rápidos y aislamiento de fallas.
• Fabricación y fiabilidad: integración a nivel wafer con lentes, interfaces herméticas y conectores desprendibles mejora el rendimiento de fabricación y fiabilidad para centros de datos hiperescalados. | Componente | Capacidad | Notas |---|---|---| | Micro Ring Modulator | PAM4 200 Gbps por longitud de onda | Motor compacto con control térmico robusto |Subensamble Quantum-X | 4,8 Tbps emisión, 4,8 Tbps recepción | Núcleo de interconexión de alta capacidad |Motores COUPE | 1,6 Tbps emisión, 1,6 Tbps recepción | Ocho vías PAM4 de 200 Gbps; 8 TX, 8 RX, 2 entradas láser |ASIC switch (6 subensambles) | 28,8 Tbps full duplex | Integrado en el interposer para acoplamiento denso y enfriamiento |Sistema Q3450 | 115,2 Tbps full-duplex | 144 puertos a 800 Gbps cada uno |Motores Spectrum-X | 3,2 Tbps por motor | 32 motores fotónicos; 512 vías eléctricas; conector desprendible |Módulo ELS | Alimenta vías de transmisión | Ocho láseres; reduce la cuenta de láseres y mejora fiabilidad |

Puntos clave

• La colaboración industrial es central para la estrategia CPO de NVIDIA, uniendo fotónica, electrónica, embalaje y láseres para interconexiones ópticas escalables.
• El Micro Ring Modulator abre la vía a interconexiones densas y eficientes energéticamente mediante empaquetado compacto y control térmico robusto.
• Los módulos ELS centralizados reducen la cantidad total de láseres y mejoran la fiabilidad, manteniendo al mismo tiempo la modularidad para mantenimiento.
• Las plataformas Quantum-X y Spectrum-X demuestran capacidades multi-terabit en switches densamente empaquetados y termicamente eficientes para centros IA.
• La integración a nivel wafer y las interfaces de fibra herméticamente selladas facilitan la producción en masa y el despliegue confiable en data centers hiperescalados.

Referencias

• https://developer.nvidia.com/blog/how-industry-collaboration-fosters-nvidia-co-packaged-optics/