Intel présente la première puce d'E/S optique entièrement intégrée : jusqu'à 4 Tbit/s

En début d’année, nous vous parlions de la volonté d’Intel d’allumer la lumière des puces photoniques d’ici 2027. Il y a quelques jours, le 26 juin, la branche IPS (Intel’s Integrated Photonics Solutions Group) de l’entreprise a publié un communiqué de presse pour mettre en avant une démonstration qui a eu lieu fin mars à l’occasion de l’OFC 2024 (Optical Fiber Communication Conference). L’entreprise y a dévoilé la première interconnexion OCI (optical compute interconnect) entièrement intégrée, co-packagé avec un CPU Intel et traitant des données en direct. Cette solution d’interconnexion cible les centres de données des secteurs du HPC et de l’intelligence artificielle dans un premier temps.

D'une calèche à une Ferrari !

Par rapport aux transferts via signaux électriques tels que ceux actuellement utilisés pour les E/S, les signaux optiques doivent permettent d’améliorer la bande passante, l’efficacité énergétique, la portée, le tout avec une latence réduite.

L’article source livre une analogie pour illustrer les progrès attendus. Il stipule que passer d’E/S électriques à des E/S optiques est comme passer d’une calèche à une voiture motorisé : « Par analogie, remplacer les E/S électriques par des E/S optiques dans les CPU et les GPU pour transférer des données revient à passer de l'utilisation de calèches pour distribuer des marchandises, limitées en capacité et en portée, à l'utilisation de voitures et de camions qui peuvent livrer des quantités beaucoup plus importantes de marchandises sur des distances beaucoup plus longues. »

En pratique, le chiplet OCI intègre un circuit intégré PIC (photonic integrated circuit), qui comprend des lasers et des amplificateurs optiques sur la puce ; il est associé à un circuit intégré électrique. Dans le cas de la démonstration faite dans le cadre de l’OFC, Intel rapporte que son OCI a été copackagée avec un processeur Intel, mais qu’il peut également être intégré à d’autres processeurs, des GPU au IPU en passant par les SoC. Passons pour les GPU et SoC, mais précisons qu’IPU désigne une infrastructure processing unit, soit un processeur capable de prendre en charge des tâches de mise en réseau plus complexes qu’une simple carte d'interface réseau traditionnelle.

La première mise en œuvre de l'OCI d’Intel supporte un transfert de données bidirectionnel allant jusqu'à 4 tbit/s ; la société mentionne 64 canaux de données à 32 Gbps dans chaque direction jusqu'à 100 mètres via une huit paires de fibre. D’autre part, l’entreprise garantit la compatibilité avec la norme PCIe Gen5.

Concernant l’efficacité énergétique, Intel revendique 5 pico-Joules (pJ) par bit, contre 15 pJ/bit pour les modules d'émetteurs-récepteurs optiques classiques.

L’entreprise argue que les principaux facteurs de différenciation de sa solution reposent sur la technologie hybride laser-on-wafer et l'intégration directe, sources d’une « grande fiabilité et de coûts plus faibles ». Intel se targue d'avoir expédié plus de 8 millions de PIC avec plus de 32 millions de lasers intégrés sur puce, avec un taux de défaillance laser FIT (failures-in-time)  inférieur à 0,1.

À gauche, la gomme d'un crayon à papier qui fait office d'échelle

L'entreprise précise que ses PIC ont déjà été intégrés dans des modules émetteurs-récepteurs enfichables et déployés dans les centres de données de certains fournisseurs de services en nuage à grande échelle pour des applications à 100, 200 et 400 Gbit/s. Les PIC de la prochaine génération, capables de gérer 800 Gbit/s et 1,6 Tbit/s, sont en cours de développement.

Thomas Liljeberg, directeur principal de la branche IPS, résume, à grand renfort de superlatifs :

« L’échange sans cesse croissant des données d'un serveur à l'autre met à rude épreuve les capacités de l'infrastructure des centres de données d'aujourd'hui, et les solutions actuelles approchent rapidement les limites pratiques de la performance des E/S électriques. Cependant, la réalisation révolutionnaire d'Intel permet aux clients d'intégrer de manière transparente des solutions d'interconnexion photonique au silicium dans les systèmes de calcul de la prochaine génération. Notre chiplet OCI augmente la bande passante, réduit la consommation d'énergie et augmente la portée, permettant l'accélération de la charge de travail ML qui promet de révolutionner l'infrastructure de l'IA à haute performance. »

Une petite vidéo de présentation pour finir :