¿Por qué la fotónica es esencial para el hardware basado en chiplets?

Entendemos la fotónica desde el punto de vista del hardware como la forma de transmitir información utilizando fotones de luz, al contrario que la electrónica donde utilizamos electrones. Ambos requieren medios de transmisión diferentes, pero el desarrollo de futuras CPUs y GPUs basadas en chiplets supone la adopción de la fotónica como tecnología para transmitir datos entre los diferentes chips. ¿Cuál es el motivo de ello?

Aunque es un tema recurrente, no podemos olvidar una realidad a la hora de hablar de futuros procesadores. Estos lo que hacen es procesar datos, pero dichos datos se han de mover a la suficiente velocidad para que así se puedan procesar a una velocidad adecuada. ¿El problema actual? El mover datos se ha vuelto mucho más caro procesarlos.

¿Por qué es necesaria la fotónica para comunicación entre chiplets?

Coste Energético Relativo

El problema en la transmisión de datos se hace patente si tenemos en cuenta la distancia a la que se encuentra la memoria o caché que almacena datos respecto a la unidad que lo ha de procesar. Cuanto más distancia del cable, mayor es el consumo energético a la hora de transmitir ese dato y el uso de nuevos nodos no sirve para paliar esto.

Si tenemos en cuenta las configuraciones basadas en chiplets y pensamos en el enorme ancho de banda que es necesario para comunicar no solo varias CPUs sino también varias GPUs entonces el problema del consumo se dispara de cara a la comunicación y más si tenemos en cuenta que habrá un aumento de la distancia en el cableado, lo que se traduce en un aumento del consumo energético sólo en la transferencia de los datos.

NVLink Optico

Por lo que es necesario desarrollar soluciones a ello, en especial de cara a soluciones como los gráficos y la inteligencia artificial donde se utiliza un gran volumen de datos. Mercado que por cierto es el principal de NVIDIA. Es por ello que por ejemplo tienen en desarrollo una versión de su NVLink que consume la mitad por bit transmitido basada en fotónica. ¿Su uso principal? Está claro que es para su futura NVIDIA Hopper, para intercomunicar los chiplets de la misma entre si y es que la ventaja de las interfaces basados en la fotónica es que no aumentan su consumo con la distancia.

Mientras que Intel y AMD han desarrollado soluciones 3DIC para la intercomunicación de los chiplets. La solución de NVIDIA parece que pasa por el uso de transceptores ópticos y por tanto de la fotónica para comunicar sus chiplets. Algo que por el momento han implementado en ninguna de sus actuales GPU.

El mercado de los transceptores para fotónica aumentará

Fotónica Chiplets

La ventaja principal de los transceptores fotónicos es que pese a ser un nuevo tipo de interfaz de comunicación, no es tan cara de implementar como los sistemas de empaquetado avanzado que son dependientes de ciertas fundiciones y son muy caros de fabricar. Dado que su complejidad hace que la fabricación sea mucho más lenta, reduce la capacidad de producción y aumenta potencialmente la cantidad de fallos que pueden ocurrir en la fabricación.

Esto hará que el mercado de las transceptores ópticos integrados aumente considerablemente en los próximos años al ser una de las piezas que se utilizará para la comunicación de los chiplets en procesadores gráficos y para IA. NVIDIA parece ser el máximo exponente conocido, pero el problema del consumo energético a la hora de comunicar los chiplets no es único de NVIDIA y lo comparten el resto de diseñadores y fabricantes.