Wie „ Siliziumphotonik “ die generative KI vorantreibt

Inzwischen haben die meisten Menschen von generativer KI und einigen der erstaunlichen Möglichkeiten dieser Technologie gehört. Was die meisten jedoch nicht wissen, ist, dass Unternehmen bei einigen der fortschrittlicheren Anwendungen von GenAI allmählich auf Herausforderungen stoßen, die die Leistung von Modellen in großem Maßstab einschränken.

Das Problem besteht darin, dass die Erstellung von Modellen mit Hunderten von Milliarden von Parametern - wie es immer häufiger der Fall ist - die Übertragung riesiger Datenmengen in große Arrays miteinander verbundener GPUs und Rechenzentrumssysteme erfordert. Dazu benötigen Unternehmen die schnellstmöglichen Datenverbindungen zwischen diesen Geräten, um sicherzustellen, dass Latenzen und andere Datenverzögerungen die Leistung dieser extrem teuren Systeme (sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb!) nicht einschränken.

Um dieses Problem anzugehen, haben Unternehmen wie Nvidia begonnen, von herkömmlichen kupferbasierten Ethernet-Verbindungen auf proprietäre, auf InfiniBand basierende Verbindungstechnologien umzusteigen. Diese lösen zwar einige der anfänglichen Probleme, die Entwicklern großer KI-Modelle aufgefallen sind, doch auch sie stoßen an ihre Grenzen power Bandbreite.

Mit Blick auf die Zukunft haben mehrere Organisationen begonnen, nach optischen Verbindungstechnologien zu suchen, wie sie beispielsweise von Siliziumphotonik angeboten werden. Bei dieser Art von Verbindungen werden Daten buchstäblich mit Lichtgeschwindigkeit über Photonen übertragen, die durch dünne Glasfasern geleitet werden. Tatsächlich gibt es Siliziumphotonik in der einen oder anderen Form bereits seit über 30 Jahren, doch aufgrund der Komplexität der Herstellung, fehlender Standards und der Herausforderungen beim Einsatz dieser Technologie im foundry Maßstab hat sie sich nie flächendeckend durchgesetzt.

Dank neuer Fortschritte bei der Herstellung von Siliziumphotonik – wie sie beispielsweise der Halbleiterhersteller GlobalFoundries mit seinem GF-Fotonix-Produktportfolio erzielt hat – nehmen praktische Anwendungen von Siliziumphotonik nun jedoch Gestalt an. Das Besondere an den Angeboten von GF ist die monolithische Integration sowohl der optischen als auch der elektrischen Komponenten auf einem einzigen Chip. Bislang musste dies mit separaten Komponenten erfolgen, die mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden.

Durch die Integration beider Technologien können Unternehmen Chips entwickeln, die optische Elemente wie Modulatoren, Koppler, Multiplexer und mehr sowie CMOS-basierte elektrische Elemente – darunter HF-Komponenten und herkömmliche Logik – in einem einzigen Design vereinen. Die monolithische Integration senkt nicht nur die Kosten und die Komplexität bei der Entwicklung von Produkten auf Basis von „ Siliziumphotonik “, sondern bietet zudem Leistungsvorteile auf Systemebene, die mit anderen Ansätzen nicht realisierbar sind.

Vor kurzem ist GF eine Partnerschaft mit dem Start-up Ayar Labs eingegangen, das unter Verwendung des GF Fotonix-Fertigungsverfahrens ein maßgeschneidertes optisches I/O-Chiplet namens ^TeraPHY™ entwickelt hat, das derzeit bis zu 16 gleichzeitige optische Verbindungen (mit 128 gleichzeitigen logischen Datenkanälen) über eine einzige Glasfaser ermöglicht. Das Ergebnis ist ein bidirektionaler Durchsatz von 4 Tbit/s und eine zehnmal geringere Latenz bei bis zu achtmal höherer power im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen I/O-Verbindungen. Durch die Integration dieser Lösung in zukünftige Serverdesigns für Rechenzentren könnten Unternehmen die potenziellen Leistungsengpässe vollständig vermeiden, auf die sie beim Training extrem großer generativer KI-Modelle mittlerweile stoßen.

In der Praxis bedeutet dies, dass Unternehmen künftig in der Lage sein werden, Rechenzentrums-Hardware zu entwickeln, die den Anforderungen an Konnektivität und Datenübertragung gerecht wird, die selbst die größten und anspruchsvollsten GenAI-basierten Grundmodelle stellen. Da die Technologie zudem auf „ Siliziumphotonik “ basiert, ist dies über größere Entfernungen möglich und dabei weniger Stromverbrauch erforderlich. Dies wiederum ermöglicht mehr Flexibilität bei der Gestaltung von Rechenzentren sowie geringere Betriebskosten – zwei Faktoren, die viele Unternehmen, die mit großen Grundmodellen arbeiten, sehr zu schätzen wissen werden.

Mit Blick auf die Zukunft wird die GF Fotonix-Fertigungstechnologie – die auf dem einzigartigen geistigen Eigentum von GlobalFoundries basiert – auch viele andere Arten von Anwendungen auf Basis von „ Siliziumphotonik “ ermöglichen, darunter Satellitenkommunikation und drahtlose Infrastruktur, Co-Packaged Optics sowie Unternehmensnetzwerke.

Die optische Verbindungstechnologie, die der „ Siliziumphotonik “ zugrunde liegt, gilt schon seit sehr langer Zeit als vielversprechend. Durch die Integration in herkömmliche CMOS-Komponenten, wie sie GF mit Fotonix realisiert hat, rückt die Verwirklichung dieses Versprechens von Tag zu Tag näher.

Bob O'Donnell ist der Präsident und Chefanalyst von TECHnalysis Research, LLC einem Marktforschungsunternehmen, das strategische Beratung und Marktforschungsdienste für die Technologiebranche und die professionelle Finanzwelt anbietet. Sie können ihm auf Twitter folgen @bobodtech.