La carrera para escalar la IA requiere una inversión de capital masiva en los centros de datos, y McKinsey estimó recientemente que el gasto global en centros de datos podría alcanzar los 7 billones de dólares para 2030. Sin embargo, quizás lo más importante es que escalar la IA desde una perspectiva técnica requiere una enorme inversión en arquitectura.
La infraestructura moderna de los centros de datos no está diseñada para la revolución de la computación en la nube y el crecimiento masivo simultáneo del uso y desarrollo de la IA en todo el mundo.
Vicepresidente Ejecutivo, Chief Product Officer de Soitec.
Esta tensión arquitectónica está impulsada por expectativas crecientes: cuanto más se adopta la IA, mayor es su demanda. Las empresas están entusiasmadas con la promesa de la IA como un ahorro de tiempo que puede automatizar y optimizar los flujos de trabajo de los empleados y aumentar la productividad. Para facilitar la creciente complejidad de los modelos y conjuntos de datos de IA, la densidad de GPU y el ancho de banda han aumentado en los centros de datos.
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Este aumento significa modelos de IA que se pueden entrenar más rápido, intervenciones de menor latencia y más. Sin embargo, a medida que estos chips y centros de datos continúan aumentando la cantidad de datos transferidos entre los chips, también se necesitan esfuerzos de enfriamiento para garantizar que los chips y los centros de datos no se sobrecalienten.
Como resultado, a medida que los centros de datos actuales continúan impulsando el auge de la IA, sus pistas operativas se están reduciendo rápidamente. Impulsar la IA y la creciente demanda de capacidades de IA requiere una increíble cantidad de recursos. La tecnología depende en gran medida de Electron para la potencia computacional y para mover datos entre chips en modelos de IA más grandes. Requiere grandes cantidades de electricidad, agua, materiales raros e innovación tecnológica en general.
A medida que persisten los cuellos de botella operativos, la fotónica de silicio ha demostrado ser una solución subestimada para ayudar a que la IA avance aún más. Al combinar luz con electrones, la fotónica de silicio permite una transmisión de datos más rápida y eficiente desde el punto de vista energético. Estas capacidades pueden hacer avanzar tanto la IA como escalar los clústeres de GPU y los centros de datos de IA.
Retraso en la adopción de SiPh
La fotónica existe desde hace décadas y abarca más de 40 años de investigación e innovación. En la década de 1980, los investigadores se dieron cuenta del potencial de la tecnología debido a su capacidad de permitir la integración de la fotónica y la electrónica en un solo chip.
Mientras que anteriormente los componentes fotónicos y electrónicos vivían en chips separados que debían integrarse, la fotónica de silicio permite implementar ambos componentes en un solo chip, lo que da como resultado una mayor velocidad, ancho de banda, eficiencia energética y más.
Hoy en día, la fotónica de silicio es parte integral de la producción comercial de transceptores de comunicaciones en centros de datos. La comunicación por fibra óptica es anterior a la actual ola de IA en toda una generación, al igual que el principio básico de transmitir datos como luz en lugar de corriente eléctrica.
Sin embargo, el desafío de utilizar esta tecnología en un entorno más amplio siempre ha sido su capacidad de fabricación y la necesidad de que los componentes ópticos sean lo suficientemente pequeños y baratos para competir con las soluciones tradicionales.
La compatibilidad con semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) lo hace posible.
CMOS
Los circuitos basados en fotónica de silicio convierten señales eléctricas en ópticas, transmitidas como pulsos de luz infrarroja a través de guías de ondas microscópicas grabadas en silicio y convertidas en señales eléctricas en el destino.
La plataforma CMOS desbloquea la integración eficiente y de alta escala de dispositivos pasivos y activos en circuitos integrados fotónicos (PIC) utilizados para construir transceptores ópticos. La física de la propagación de la luz genera muchas menos pérdidas que las interconexiones de cobre a las velocidades de datos que exigen las cargas de trabajo modernas de IA.
Con CMOS, la fotónica de silicio se puede fabricar utilizando los mismos procesos que las fábricas de semiconductores utilizan para los chips convencionales. Este proceso permite que los componentes ópticos y electrónicos coexistan en una única matriz de silicio, lo que permite una fabricación escalable, con un uso limitado de materiales raros o líneas de producción separadas.
La discusión sobre la fotónica del silicio se centra en el diseño de transceptores o circuitos. Si bien estas interacciones son esenciales, el sustrato es igualmente importante, ya que proporciona ancho de banda y eficiencia energética. Se ha demostrado que el uso de sustratos reduce el consumo de energía en un promedio del 30 al 50 % para ayudar a satisfacer las crecientes demandas de datos.
Los sustratos de ingeniería son plataformas de silicio sobre aislante (SOI) diseñadas para aplicaciones fotónicas o de alta frecuencia que admiten una variedad de mercados, incluidas las comunicaciones móviles, la IA perimetral, la IA en la nube, el Internet de las cosas y los centros de datos. Con este último, existe una variedad de sustratos diseñados que mejoran varias métricas de rendimiento, incluidas la fotónica-SOI, PD-SOI y RF-SOI.
La selección del sustrato es la base del rendimiento de la fotónica del silicio, y no es incidental. Las decisiones que se toman al principio del proceso de diseño determinan si un chip fotónico cumple con su eficiencia y funcionalidad teóricas o no alcanza su implementación.
El escalamiento del centro de datos ahora requiere el escalamiento de la fotónica de silicio
La industria de los semiconductores debe acelerar la producción de fotónica de silicio para seguir el ritmo del crecimiento de la demanda de los centros de datos del mañana.
La tecnología funciona. La física está probada. Existen caminos de producción. Lo que falta es la enorme alineación de la industria y la inversión necesaria para producir la infraestructura de IA a la velocidad que lo hace la fotónica de silicio.
Deben realizarse inversiones concertadas en fotónica de silicio entre los fabricantes de chips, los proveedores de sustratos, los especialistas en embalaje y los hiperescaladores cuyos centros de datos eventualmente funcionarán con esta tecnología. Esa integración se está produciendo actualmente en Pocket y es necesario priorizarla: el desarrollo de la IA no se está desacelerando.
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