Intel showcases its first fully integrated Optical I/O Chiplet

AI 領域又一重大突破？英特爾今日宣佈在集成光子技術方面取得了重大里程碑，推出了首款全集成光學計算互連 (OCI) 芯片，能顯著提高 AI 基礎設施的數據傳輸速率，並減少延遲和功耗。

美東時間 6 月 26 日，在 2024 年的光纖通信會議（OFC）上，英特爾的集成光子解決方案（IPS）團隊展示了業界首款全集成光學計算互連（OCI）芯片。這款先進的芯片與英特爾 CPU 共同封裝，並能夠實時運行數據。它支持 64 個獨立通道，每個通道的數據傳輸速率高達 32 千兆位/秒 (Gbps)，並能在長達 100 米的光纖中高效傳輸數據。

該芯片使用光（而非傳統的電信號）來傳輸數據，這種方式被稱為光輸入/輸出（I/O）。利用光來傳輸數據可以大幅提高數據傳輸的速度（帶寬）和傳輸距離，同時還能減少電力消耗，滿足了 AI 和高性能計算 (HPC) 基礎設施日益增長的數據傳輸需求，代表了高帶寬數據互連性能的一次飛躍。英特爾稱，我們在融合光電科技到高速數據傳輸方面實現一個革命性的里程碑。

英特爾認為，對硅光子學的需求比以往任何時候都更加迫切，因為日益強大的 AI 模型的需求正在給現有的數據中心基礎設施帶來巨大壓力。隨着 AI 模型變得越來越強大，它們需要的數據也越來越多，而現有的芯片互連幾乎無法滿足需求。因此迫切需要硅光子學來支持 AI 的發展。

對此，英特爾集成光子解決方案集團的高級產品管理和戰略總監 Thomas Liljeberg 指出：

“當前互連技術正迅速抵達電氣輸入/輸出性能的極限。我們的突破性成果為客户提供了將共封裝硅光子互連解決方案無縫集成到下一代計算系統的可能。我們的 OCI 芯片模塊通過提升帶寬、降低功耗並擴大傳輸距離，為機器學習工作負載加速提供了動力，這有望徹底改變高性能 AI 基礎設施。”

有網友在社交媒體 X 上發帖表示：

“這可能是解決生成式人工智能激增導致的帶寬瓶頸和能源成本飆升的解決方案。”

新一代光學 I/O 技術可滿足日益增長的 AI 工作負載需求

隨着 AI 技術的快速發展，像自動駕駛汽車、數據大分析和虛擬助理這樣的應用越來越普及。這些高級 AI 應用需要處理大量的數據，因此對計算機的處理能力和數據傳輸速度要求極高。這就像你在做大量的數學題，但是計算器處理得很慢，你就希望有更快的計算器來幫你解題一樣。

在計算機世界裏，數據通常通過一種叫做 I/O（輸入/輸出）的方式來傳輸。傳統的 I/O 方式類似於用銅線傳輸電信號，但這種方式傳輸數據的距離短，類似於馬車只能在小鎮內運送貨物。為了解決這個問題，人們開始使用光來傳輸數據，這種方式稱為光學 I/O。光學 I/O 就像現代的汽車和卡車，它可以快速地在更長的距離上傳輸更多的數據，而且效率很高，不會浪費太多能源。

英特爾公司開發的一種名為 OCI 的芯片，就採用了這種光學 I/O 技術。這種芯片可以讓計算機更快地處理和傳輸數據，這對於那些需要處理和傳輸大量數據的 AI 系統非常有用，比如用於科學研究或者金融分析的超級計算機。這就像你擁有了一種超級計算器，能夠迅速完成大量複雜計算。

英特爾闡明，儘管現有的電氣輸入/輸出技術能夠支持高帶寬密度，但僅限於一米或更短的距離。儘管可以通過可插拔的光收發模塊來擴展這一距離，但這會導致成本和能耗過高，不利於 AI 工作負載的持續運行。

此外，這款芯片還可以加強數據中心內部不同計算單元之間的連接，比如 CPU（處理器）和 GPU（圖形處理器）。它還支持一些新的計算架構，比如讓多個處理器共享更大的內存資源，以及把存儲、計算和內存等資源分開管理，這樣可以更靈活地調配資源，提高整體的計算效率。

英特爾在硅光子學領域處於領先地位

憑藉超過 25 年的深厚研究基礎，英特爾實驗室在集成光子學領域取得了開創性的成就。光子學是利用光（如激光）來傳輸信息的科學。英特爾在這個領域取得了很大的進展，成為了第一家成功開發並大規模生產用於數據傳輸的硅光子產品的公司。這些產品因為非常可靠而被全球的大型雲服務提供商廣泛使用。

英特爾的核心競爭力在於它使用了一種特殊的技術，將激光器直接集成到晶圓上（晶圓是製造芯片的一種材料）。這種技術不僅提高了產品的可靠性，還降低了生產成本。到目前為止，英特爾已經出貨超過 800 萬片集成電路芯片，這些芯片上集成了超過 3200 萬個激光器，而且其激光器的故障率極低（故障率小於 0.1），幾乎不會壞。

這些芯片被用在數據中心的網絡中，幫助數據在不同的計算機和設備之間高速傳輸，目前支持的速度有 100Gbps、200Gbps 和 400Gbps。英特爾還在開發更先進的芯片，可以支持每個通道 200Gbps 的速度，以便未來可以處理更快速度達到 800Gbps 和 1.6Tbps 的數據傳輸需求。

此外，英特爾引入了全新的硅光子製造工藝，這種新工藝不僅提升了芯片性能，還讓芯片的組件更為緊湊，能在更小的芯片上集成更多的功能，這不僅提高了生產效率，同時顯著降低了成本。由於英特爾在芯片激光器和 SOA 性能、成本控制以及能效優化方面不斷取得突破，芯片面積減少了超過 40%，芯片能耗降低了超過 15%，進一步鞏固了其在硅光子技術領域的領先地位。

展望未來，儘管 OCI 芯片模塊目前還處於原型階段，但英特爾已經表示，公司正在與一些精選客户合作，將這一創新技術集成到他們的系統級芯片中，作為光學輸入/輸出解決方案的一部分。