Die Grafikkarte ist noch nicht vollständig ausgelastet, aber das Rechenzentrum wird bereits von den "Netzkabeln" behindert.

Nein, kann die heutzutage auf Fernsehgeräten eingesetzte Micro-LED-Technologie tatsächlich als Netzwerkkabel zur Datenübertragung verwendet werden?

Ja, vor Kurzem stieß Toni online auf eine Nachricht, dass Microsoft an der Entwicklung der Micro-LED-Optischen-Interkonnektivitätstechnologie (MOSAIC) arbeitet, um das Problem der Datenübertragung in Rechenzentren, das an einer Engstelle hängen bleibt, zu lösen.

Hmm, obwohl es abstrakt klingt, wird das Rechenzentrum, das für die Datenverarbeitung zuständig ist, tatsächlich an der Datenübertragung hängenbleiben, und das liegt an der Tatsache, dass es an Netzwerkkabeln im Rechenzentrum "mangelhaft" ist...

Du fragst dich vielleicht, warum ich online auf JD.com ein Super-Kategorie-6-10-Gigabit-Netzwerkkabel (10 Gbps) für nur ein paar Zehn Yuan kaufen kann, und es dennoch "mangelhaft" sein soll?

Tatsächlich unterscheiden sich die Netzwerkkabel, die wir zu Hause verwenden, in der Verbindungsspeed erheblich von denen, die in Rechenzentren eingesetzt werden -

Die Netzwerkkabel in unseren Häusern können normalerweise eine maximale Geschwindigkeit von 1000 Mbps - 2500 Mbps, also 1 Gbps - 2,5 Gbps, unterstützen. In einigen Regionen wird in den letzten Jahren das "10-Gigabit-Netzwerk" propagiert, und dafür werden 10-Gbps-Netzwerkkabel verwendet. Dies ist jedoch fast die Obergrenze der Geschwindigkeit von privaten Netzwerkkabeln.

Die Port-Switching-Geschwindigkeit in Rechenzentren beträgt inzwischen 100 Gbps als Standard, und die Switches in AI-Rechenzentren müssen sogar mit 400 Gbps beginnen.

Tatsächlich wird der Bedarf an Bandbreite immer größer, weil die großen AI-Modelle immer größer werden und bei der Training und Inferenz zwischen Servern und GPUs eine enorme Menge an Daten ausgetauscht werden muss.

Um so viele Daten zu übertragen, reichen die momentan in Rechenzentren verwendeten Kupferkabel und Glasfaserkabel tatsächlich "nicht aus"...

Betrachten wir zunächst die Kupferkabel. Die Eigenschaft dieses Materials besteht darin, dass es entweder auf die Übertragungsgeschwindigkeit oder auf die effektive Entfernung setzen muss. Um die hohe Geschwindigkeit, die in Rechenzentren gefordert wird, zu erreichen, beträgt die Länge von Hochgeschwindigkeits-Kupferkabeln normalerweise nur 1 - 2 m. Deshalb werden die GPUs in einem Rack oft mit Kupferkabeln verbunden.

Mit zunehmender Übertragungsgeschwindigkeit verkürzt sich die effektive Entfernung von Kupferkabeln allmählich (a), und der Stromverbrauch von Glasfaserkabeln nimmt allmählich zu (b)

Obwohl Glasfaserkabel schnell und über lange Entfernungen übertragen können und somit auch zwischen Racks verbunden werden können, erfordern sie eine komplizierte "Optoelektronische Konvertierung". Die dazugehörigen Schaltungen verbrauchen viel Strom, sind temperaturempfindlich und altern leicht. In der extrem heißen Umgebung eines Rechenzentrums treten daher häufig Störungen auf.

In der Microsoft-Studie wird erwähnt, dass, wenn alle Verbindungen mit Glasfaserkabeln erfolgen, der Stromverbrauch des NVIDIA GB200 NVL72-Racks um 17 % steigen würde; in einem Supercomputing-GPU-Cluster würde alle 6 - 12 Stunden ein Linkfehler auftreten...

Nach einer umfassenden Betrachtung hat NVIDIA schließlich für das GB200 NVL72-Rack das Kupferkabel-Verbindungskonzept gewählt. Dadurch müssen jedoch die 72 GPUs in einem einzigen Rack untergebracht werden, was einen erheblichen Stromversorgungs- und Kühlungsdruck auf das gesamte Rack ausübt.

Außerdem ist die Wartung sehr aufwändig. Da die Integration so hoch ist, beeinträchtigt ein Problem an einem GPU oder an einem Teil der Übertragungsstrecke die gesamte Funktion des Racks.

Anhand dieses Beispiels können Sie erkennen, dass die herkömmliche Kupfer- und Glasfaserkommunikation die Anforderungen an die Hochbandbreiten-, Niedrigstromverbrauchs- und Langstreckenverbindungen in Rechenzentren nicht mehr gleichzeitig erfüllen kann.

Die Entstehung der Micro-LED-Optischen-Kommunikation zielt darauf ab, dieses Problem zu lösen.

Das von Microsoft vorgeschlagene MOSAIC nutzt im Wesentlichen Micro-LED-Pixel als Lichtquelle. Sie können sich das leuchtende Micro-LED-Pixel-Array als gestapelte Bildschirme vorstellen -

Da die Micro-LED-Pixel unabhängig voneinander leuchten können, ist jedes Pixel ein optischer Kanal zur Datenübertragung.

Der Sender steuert also das Ein- und Ausschalten der Pixel, wobei "leuchtend" für 1 und "aus" für 0 steht. Der Empfänger erfasst dann die Helligkeitsänderungen jedes Pixels und kann die empfangene Folge von 0/1 in die ursprünglichen Daten zurückverwandeln, wodurch Informationen über optische Signale übertragen werden können.

Das klingt ähnlich wie das Kommunikationsprinzip der herkömmlichen Glasfaserkabel. Im Gegensatz zu den Glasfaserkabeln, die "schmalbandig und hochgeschwindig" sind, gehört das Übertragungsmodell von MOSAIC zur Kategorie "breitbandig und langsam" -

Lasst uns zunächst über das "langsam" sprechen.

MOSAIC legt fest, dass es nicht erforderlich ist, wie bei der herkömmlichen Glasfaserkommunikation die Ein-Kanal-Geschwindigkeit auf 50 Gb/s oder sogar 100 Gb/s zu erhöhen. Jedes Micro-LED-Pixel kann mit einer "niedrigen Geschwindigkeit" von 2 Gb/s arbeiten.

Um eine Hochgeschwindigkeitsübertragung mit einer so langsamen Geschwindigkeit zu erreichen, beruht dies auf der anderen Eigenschaft von MOSAIC, nämlich "breitbandig".

Bisher mussten für eine Bandbreite von 800 Gbps acht 100-Gbps-Hochgeschwindigkeitskanäle verwendet werden. Bei MOSAIC beträgt die Geschwindigkeit eines einzelnen Kanals zwar nur 2 Gbps, aber wenn das Micro-LED-Array aus 400 Pixelpunkten besteht, kann eine Bandbreite von 800 Gbps erreicht werden.

Denken Sie nicht, dass das Volumen und der Stromverbrauch des Micro-LED-Optischen-Kommunikationsmoduls ebenfalls "kontrolliert losgehen" werden -

Der Grund, warum MOSAIC Geschwindigkeit durch Skalierung erreichen kann, liegt einerseits darin, dass die Micro-LED-Pixel selbst nur einige Mikrometer bis einige zehn Mikrometer groß sind. Selbst wenn ein Array aus 400 Pixelpunkten hergestellt wird, beträgt das Volumen des Kernleuchtchips weniger als 1 mm³. Bei herkömmlichen 800-Gbps-Optischen-Modulen kann das Volumen der Kernlichtquelle/des Modulators mehrere zehn mm² oder sogar mehrere zehn mm³ betragen.

Das ist vergleichbar mit dem Vergleich der Größe eines Hirsekorngrains und eines Reiskorns auf einem Tisch.

Micro-LEDs haben bei gleichem Pixelabstand kleinere Pixelgrößen und eine dichtere Anordnung

Selbst wenn die Verbindungsspeed von Micro-LEDs auf 1,6 Tbps oder sogar 3,2 Tbps erweitert wird, also viermal so hoch wie die derzeitige Standardübertragungsgeschwindigkeit in Rechenzentren, wird das Volumen des gesamten Micro-LED-Optischen-Moduls nicht größer als das herkömmlichen Glasfaser-Optischen-Moduls sein...

Andererseits ist das Übertragungskabel von MOSAIC recht robust. Es wird einfach das "Multikern-Bildgebungs-Glasfaser-Kabel", das in medizinischen Endoskopen verwendet wird, in das Rechenzentrum eingesetzt. Einfach ausgedrückt, führt die Erhöhung der Micro-LED-Optischen-Kanäle nicht dazu, dass das Kabel mehr Platz beansprucht.

Da dieses Glasfaser-Kabel tausende winziger Faserkeme enthält, kann die Anzahl der Keme die Anforderungen an die Verbindung von Hunderten von Micro-LED-Optischen-Kanälen vollständig erfüllen.

Micro-LED-Multikern-Bildgebungs-Glasfaser-Kabel kann Hunderte von optischen Kanälen tragen

Nehmen wir wieder die Bandbreite von 800 Gbps als Beispiel. Bei der herkömmlichen Glasfaserlösung müssen 16 Einmoden-Glasfaser-Kabel (8 Sende- + 8 Empfangskabel) zusammengefasst werden. Das "Multikern-Bildgebungs-Glasfaser-Kabel" kann hingegen mit einem einzigen Kabel eine Hochbandbreite realisieren.

Außerdem kann dieses Multikern-Bildgebungs-Glasfaser-Kabel eine effektive Übertragungsdistanz von 50 m erreichen, was weit über der Grenze der Kupferkabelverbindung liegt.

Darüber hinaus ist die Struktur von Micro-LEDs einfach, sodass der Stromschalter zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Pixel ebenfalls einfach gestaltet werden kann. Dadurch entfallen viele Stromverbrauchsintensive Schaltungen in herkömmlichen Optischen-Modulen.

Laut Microsoft-Daten kann der Stromverbrauch von MOSAIC im Vergleich zur herkömmlichen Glasfaser-Interkonnektivität bei gleicher Bandbreite um bis zu 68 % reduziert werden, und die Ausfallrate kann sogar auf 1/100 gesenkt werden...

Man kann sagen, dass mit dieser Technologie bei der Errichtung von Racks oder Servern nicht mehr zwischen "starken Kupferkabeln" und "stromverbrauchsintensiven Glasfaser-Modulen" gewählt werden muss. Es gibt nun eine dritte Lösung, die einen besseren Ausgleich zwischen Stromverbrauch, Entfernung und Bandbreite herstellt.