Comment la collaboration industrielle favorise l’optique co-packagée de NVIDIA

TL;DR

• NVIDIA repense la connectivité des centres de données en co-emballant des composants optiques et électroniques grâce à une collaboration industrielle approfondie, formant un écosystème couvrant IC photoniques, IC électroniques, fibre, emballage, connecteurs et lasers.
• Le Micro Ring Modulator, moteur photoniques en silice, permet une modulation PAM4 directe de 200 Gbps par longueur d’onde avec une empreinte réduite, ouvrant la voie à un empaquetage dense et thermiquement gérable pour les déploiements à grande échelle.
• La collaboration avec TSMC traite les défis de production à l’échelle, garantissant des performances fiables et répétables même sur les plus petites géométries.
• Les commutateurs Quantum-X Photonics et Spectrum-X Ethernet Photonics intègrent des sous-ensembles optiques modulaires et des moteurs photoniques en silice à haute densité pour des débits multi-térabits et des sources laser modulaires.
• Le module Source Laser Externe (ELS) centralise la génération de lumière, réduisant le nombre total de lasers et permettant une maintenance modulaire et sur site dans des environnements thermiquement contrôlés.

Contexte et arrière-plan

NVIDIA fait progresser la connectivité des centres de données en intégrant des composants optiques et électriques, en insistant sur la collaboration avec des partenaires industriels. La plateforme de réseau NVIDIA réunit des technologies de pointe de partenaires spécialisés dans les procédés de foundry, les lasers et les solutions fibre-­pour‑puce. En coordonnant chaque aspect de la conception, NVIDIA vise des systèmes optiques évolutifs, fiables et performants pour répondre à l’augmentation du débit et à l’efficacité énergétique. L’écosystème couvre IC photoniques, IC électroniques, fibre, emballage, connecteurs et lasers, tous conçus pour supporter des interconnexions IA à l’échelle hyperscale. L’objectif est de réaliser une optique co-packagée (CPO) intégrée et évolutive, capable d’accompagner les charges IA futures. Le Micro Ring Modulator est mis en avant comme une innovation qui allie petite empreinte et stabilité thermique, permettant des interconnexions denses sans compromettre la consommation d’énergie ou le budget de refroidissement. La collaboration avec TSMC est présentée comme essentielle pour surmonter les défis de fabrication dans les géométries réduites et obtenir des performances stables et répétables en production. L’intégration au niveau wafer avec des micro-lentilles, la gestion fine des parasitages et l’empilement dense CMOS et photoniques permettent des modules compacts et gérables dans des environnements de data center hyper-évolués. Le texte décrit aussi une approche modulaire d’acheminement de lumière via des sources laser externes et des sous‑ensembles modulaires facilitant le déploiement rapide et la maintenance. Cet article offre une vue détaillée sur l’innovation, les partenariats et les fondations techniques de la plateforme CPO de NVIDIA, couvrant IC photoniques, IC électroniques, fibre, emballage, connecteurs et lasers. Il précise comment l’écosystème NVIDIA rend possible des interconnexions IA à haute largeur de bande et efficacité énergétique, en mettant en avant le Micro Ring Modulator et l’importance de la collaboration avec l’industrie pour atteindre des interconnexions optiques fiables et performantes. Un point clé est que le Micro Ring Modulator allie compacité et contrôle thermique, reconfigurant les contraintes de planification et permettant une scalabilité dense au sein d’un seul paquet. En termes de collaboration, NVIDIA affirme que l’optique co-packagée n’est pas développée isolément. Des partenariats avec des fournisseurs de procédés sur wafers, des lasers et des solutions fibre‑à‑puce permettent de relever les défis de fabrication, de fiabilité et d’intégration, garantissant des performances laser constantes et un emballage adapté à grande échelle. L’écosystème NVIDIA est présenté comme une solution modulaire et évolutive, adaptée aux data centers hyper-évolués et aux charges IA. Des contenus techniques antérieurs sur le CPO et une vidéo d’exploration des switches co-packagés sont mentionnés comme références (liens non fournis ici, voir Références).

Ce qui est nouveau

• Le Micro Ring Modulator est mis en avant comme une avancée qui associe une empreinte réduite et un contrôle thermique robuste, permettant des interconnexions ultra-denses et évolutives dans un seul paquet.
• La collaboration avec TSMC résout des défis de fabrication à l’échelle, notamment le contrôle de procédé, la mitigation de la sensibilité thermique et des performances de modulation fiables dans des géométries réduites.
• Le Quantum-X Photonics switch propose une sous-assemblage optique capable de 4,8 Tbps en transmission et 4,8 Tbps en réception par sous-assemblage, soutenu par trois moteurs optiques COUPE délivrant 1,6 Tbps en transmission et 1,6 Tbps en réception par moteur.
• Chaque moteur optique utilise huit canaux PAM4 de 200 Gbps pour l’émission et la réception, avec huit canaux d’émission, huit canaux de réception et deux fibres d’entrée laser par moteur, permettant des communications à faible latence entre le tissu de commutation et les interfaces optiques.
• Un design de sous-assemblage à connexion (socket-based) facilite la connectivité modulaire entre l’interface électrique et le paquet principal du switch, avec une interface optique en fibre hermétiquement scellée pour la fiabilité en conditions réelles.
• Le switch ASIC Quantum-X fournit 28,8 Tbps de bande passante full duplex lorsque six sous-assemblages à haute capacité sont intégrés sur l’interposer du switch, démontrant une architecture dense et efficace en refroidissement.
• les plateformes Quantum-X Photonics et Spectrum-X Ethernet Photonics reposent sur des modules ELS (External Laser Source) pour centraliser la puissance laser et réduire les coûts, tout en assurant une fiabilité et une modularité élevées.
• Le module ELS comprend huit lasers et peut alimenter 32 des voies de transmission du switch Quantum-X (sur 576 voies), réduisant le nombre total de lasers et améliorant la fiabilité. Le même concept est appliqué au Spectrum-X avec 16 modules pour une version à ASIC unique et 64 modules pour une version à quatre ASICs.
• Spectrum-X Ethernet Photonics rassemble 32 moteurs photoniques en silice dans un seul module compact, chaque moteur ayant 16 voies émettrices et 16 voies réceptrices (3,2 Tbps par moteur), pour un total de 512 voies électriques de 200 Gbps dans un package dense. Un connecteur optique détachable facilite les flux de fabrication automatisés et améliore le rendement.
• La base de performance optique dans Quantum-X et Spectrum-X repose sur le module ELS, qui centralise la génération de lumière dans un environnement dédié et thermiquement stable, réduisant la dérive en longueur d’onde et le vieillissement.

Pourquoi cela compte (impact pour les développeurs/entreprises)

• Densité et efficacité énergétique : le Micro Ring Modulator permet des interconnexions denses avec un contrôle thermique robuste, augmentant le débit par dispositif sans dépasser les budgets énergie/refroidissement.
• Fiabilité à grande échelle : les modules ELS centralisés réduisent le nombre total de lasers et améliorent la fiabilité, tout en conservant une modularité pour la maintenance et les mises à niveau.
• Architecture modulaire et évolutive : les sous-ensembles via sockets et les interfaces fibre hermétiquement scellées simplifient le déploiement et la maintenance dans les environnements de data centers hyper-évolués.
• Interconnexions IA à haut débit : les plateformes Quantum-X et Spectrum-X fournissent des capacités multi-térabits avec faible latence pour les workloads IA, l’entraînement et l’inférence, soutenant les architectures futures des centres de données.
• Collaboration intégrée : NVIDIA met l’accent sur des partenariats avec les fournisseurs de procédés sur wafers, lasers et solutions fibre‑à‑puce, illustrant une approche holistique pour l’optique co-packagée alliant matériel, contrôle de procédé et emballage système pour un déploiement évolutif.

Détails techniques ou Mise en œuvre

• Micro Ring Modulator : moteur photoniques en silice conçu pour une modulation PAM4 directe de 200 Gbps par longueur d’onde, offrant une densité élevée avec contrôle thermique strict pour supporter les charges IA à grande échelle.
• Intégration au niveau wafer : les modules optiques tirent parti de l’intégration avec lentilles sur wafer afin de simplifier l’alignement des fibres et d’améliorer le rendement.
• Moteurs COUPE : 1,6 Tbps transmission et 1,6 Tbps réception par moteur, avec huit voies PAM4 de 200 Gbps pour transmission et réception et deux entrées lasers par moteur.
• Sous-assemblage Quantum-X : 4,8 Tbps en émission et 4,8 Tbps en réception par sous-assemblage, soutenu par des moteurs COUPE pour un empaquetage dense et efficace.
• ASIC switch (6 sous-assemblages) : 28,8 Tbps full duplex lorsqu’intégrés sur l’interposer, avec couplage électrique et thermique dense et refroidissement liquide efficace.
• Système Q3450 : switch photonique à refroidissement liquide offrant 115,2 Tbps full-duplex sur 144 ports à 800 Gbps chacun, conçu pour les data centers IA de grande échelle et faible latence.
• Spectrum-X Ethernet Photonics : module MCM avec 32 moteurs photoniques en silice; chaque moteur délivre 3,2 Tbps (16 émetteurs + 16 récepteurs); supporte 512 voies électriques de 200 Gbps et utilise un connecteur optique détachable pour la fabrication automatisée.
• Module ELS : unité modulaire et remplaçable sur le terrain, séparée du châssis principal, centralisant la génération de lumière pour réduire la dérive et l’usure des lasers. Un ELS contient huit lasers et peut alimenter 32 des 576 voies du switch Quantum-X; réduction de la contagem de lasers d’environ quatre fois. Le même concept s’applique au Spectrum-X avec 16 modules pour une version unique ASIC et 64 modules pour une version à quatre ASICs.
• Modularité et déploiement sur le terrain : les modules ELS avec connecteurs fibre hermétiquement scellés permettent un déploiement rapide et une isolation des pannes.
• Fabrication et fiabilité : l’intégration au niveau wafer avec lentilles, interfaces hermétiques et connecteurs détachables améliore le rendement de fabrication et la fiabilité pour les data centers hyper-scale. | Composant | Débit / Capacité | Remarques |---|---|---| | Micro Ring Modulator | PAM4 200 Gbps par longueur d’onde | Moteur photoniques compact et contrôle thermique robuste |Sous-assemblage Quantum-X | 4,8 Tbps émission, 4,8 Tbps réception | Noyau de l’interconnexion à haute capacité |Moteurs COUPE | 1,6 Tbps émission, 1,6 Tbps réception | Huit canaux PAM4 de 200 Gbps; 8 TX, 8 RX, 2 entrées laser |ASIC switch (6 sous-assemblages) | 28,8 Tbps full duplex | Intégré sur l’interposer pour couplage dense et refroidissement |Système Q3450 | 115,2 Tbps full-duplex | 144 ports à 800 Gbps chacun |Moteurs Spectrum-X | 3,2 Tbps par moteur | 32 moteurs photoniques; 512 voies électriques; connecteur détachable |Module ELS | Alimente les voies | Huit lasers; réduction de la contage de lasers et meilleure fiabilité |

Points-clés

• La collaboration industrielle est au cœur de la stratégie CPO de NVIDIA, réunissant photonics, électronique, emballage et lasers pour des interconnexions optiques évolutives.
• Le Micro Ring Modulator ouvre la voie à des interconnexions denses et éconergétiques grâce à une empreinte compacte et un contrôle thermique robuste.
• Des modules ELS centralisés réduisent le nombre total de lasers et améliorent la fiabilité, tout en conservant une modularité pour la maintenance.
• Les plateformes Quantum-X et Spectrum-X démontrent des capacités multi-térabits dans des switchs densément empaquetés et thermiquement efficaces.
• L’intégration au niveau wafer, les interfaces fibre hermétiquement scellées et les connecteurs détachables connectent fabrication et déploiement dans les data centers hyper-évolués.

Références

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