Nvidia представила планы по использованию света для связи между GPU к 2026 году — кремниевая фотоника и оптическая интеграция станут обязательными для ИИ-дата-центров нового поколения

Оригинал статьи

Nvidia переводит ИИ-дата-центры на оптическую связь: кремниевая фотоника и co-packaged optics станут стандартом к 2026 году

Растущие требования к передаче данных между всё более крупными кластерами GPU для искусственного интеллекта подталкивают индустрию к использованию света для коммуникаций на сетевых уровнях.

В начале года Nvidia объявила, что её следующее поколение AI-платформ на уровне стоек (rack-scale) будет использовать оптические соединения на базе кремниевой фотоники и технологию co-packaged optics (CPO), обеспечивая более высокие скорости передачи данных при меньшем энергопотреблении.

На конференции Hot Chips 2025 компания раскрыла дополнительные детали о своих новых решениях — Quantum-X и Spectrum-X, — которые выйдут в 2026 году.

Трёхступенчатая дорожная карта Nvidia и TSMC COUPE

План Nvidia будет во многом соответствовать дорожной карте COUPE от TSMC, состоящей из трёх этапов:

  1. Первое поколение — оптический модуль для разъёмов OSFP, обеспечивающий пропускную способность 1,6 Тбит/с при снижении энергопотребления.
  2. Второе поколение — переход к упаковке CoWoS с встроенной оптикой (CPO), что позволит достичь 6,4 Тбит/с на уровне материнской платы.
  3. Третье поколение — интеграция оптики внутрь самих процессорных пакетов, с целью достижения 12,8 Тбит/с при ещё меньших задержках и расходе энергии.

Почему именно Co-Packaged Optics (CPO)?

В крупномасштабных AI-кластерах, где тысячи GPU должны работать как единая система, ключевой проблемой становится организация сверхскоростных соединений между всеми компонентами.

Традиционно каждый серверный шкаф имел собственный Tier-1 (Top-of-Rack) коммутатор, подключённый к GPU короткими медными кабелями.
Однако в новых архитектурах эти коммутаторы переносятся на конец ряда, создавая единое низкозадержочное соединение между несколькими стойками.

Такое решение значительно увеличивает расстояние между серверами и их первыми коммутаторами, а при скоростях 800 Гбит/с и выше медь становится непригодной — сигнал деградирует слишком быстро.

Оптические соединения, наоборот, позволяют поддерживать высокие скорости на больших расстояниях, поэтому к 2026 году почти каждая связь «сервер-коммутатор» и «коммутатор-коммутатор» в AI-дата-центрах будет оптической.

Итог: переход на кремниевую фотонику и co-packaged optics — это не просто шаг к повышению скорости. Это необходимое условие для масштабирования нейросетей следующего поколения, где сотни тысяч GPU должны обмениваться данными почти со скоростью света.

Использование вставных (pluggable) оптических модулей в таких условиях имеет очевидные ограничения.

Как поясняет Nvidia, в подобных конструкциях сигнал сначала выходит из ASIC, проходит через печатную плату и разъёмы, и только затем преобразуется в оптический сигнал.
Такой путь приводит к серьёзным электрическим потерям — до 22 дБ на каналах со скоростью 200 Гбит/с.

Чтобы компенсировать эти потери, требуется сложная обработка сигналов, которая, в свою очередь, увеличивает энергопотребление каждого порта до 30 Вт.
Это не только усиливает тепловую нагрузку и требует дополнительного охлаждения, но и создаёт новые точки потенциального отказа системы.

По словам Nvidia, при масштабировании AI-инфраструктуры такие показатели становятся почти неприемлемыми, что делает интегрированную оптику (co-packaged optics) и кремниевую фотонику необходимым шагом для дата-центров следующего поколения.

Co-Packaged Optics (CPO) устраняет ограничения традиционных оптических модулей, повышая эффективность и надёжность дата-центров ИИ

Технология CPO (co-packaged optics) решает главные проблемы классических вставных оптических модулей, размещая оптический преобразователь прямо рядом с коммутаторным ASIC.
Вместо того чтобы сигнал проходил по длинным электрическим дорожкам через плату и разъёмы, он переходит в оптоволокно почти сразу после генерации.

Результат впечатляет:

  • Электрические потери снижаются с ~22 дБ до 4 дБ;
  • Энергопотребление порта падает с 30 Вт до 9 Вт;
  • Удаляются десятки потенциально уязвимых компонентов, что делает систему надёжнее и проще в обслуживании.

Преимущества CPO по сравнению с классическими модулями (по данным Nvidia):

  • Энергоэффективность выше в 3,5 раза;
  • Целостность сигнала улучшена в 64 раза;
  • Устойчивость системы выросла в 10 раз за счёт сокращения количества активных элементов;
  • Развёртывание — примерно на 30% быстрее, поскольку сборка и обслуживание упрощены.

Благодаря интеграции оптических модулей прямо в кремний коммутатора (на платформе TSMC COUPE), Nvidia добилась существенного повышения эффективности, масштабируемости и надёжности сетевых решений для AI-инфраструктуры.

Планы Nvidia: CPO для Ethernet и InfiniBand

Компания представит оптические платформы на базе CPO как для Ethernet, так и для InfiniBand.

Первым станет коммутатор Quantum-X InfiniBand, запланированный к выпуску в начале 2026 года:

  • Пропускная способность: 115 Тбит/с;
  • Количество портов: 144, каждый на 800 Гбит/с;
  • Встроенный ASIC обеспечивает 14,4 TFLOPS вычислений внутри сети;
  • Поддержка четвёртого поколения протокола SHARP (Scalable Hierarchical Aggregation Reduction Protocol), который уменьшает задержки при коллективных операциях;
  • Жидкостное охлаждение для стабильной работы при высоких нагрузках.

Таким образом, CPO — это ключевой шаг в эволюции AI-дата-центров, где электрические соединения уступают место оптическим коммуникациям, обеспечивая скорость, энергоэффективность и надёжность, необходимые для эпохи искусственного интеллекта.

Nvidia готовит оптическую платформу Spectrum-X Photonics для Ethernet — запуск во второй половине 2026 года

Параллельно с развитием InfiniBand-коммутаторов, Nvidia внедрит технологию Co-Packaged Optics (CPO) и в Ethernet-сегмент, представив платформу Spectrum-X Photonics во второй половине 2026 года.

Основой новой системы станет ASIC Spectrum-6, который будет использоваться в двух устройствах:

  • SN6810 — обеспечивает пропускную способность 102,4 Тбит/с с 128 портами по 800 Гбит/с;
  • SN6800 — масштабируется до 409,6 Тбит/с и 512 портов по 800 Гбит/с.

Обе модели будут оснащены жидкостным охлаждением для стабильной работы при экстремальной плотности соединений и энергопотреблении.

Эти решения станут основой для Ethernet-сетей нового поколения, где оптические соединения CPO обеспечат высокую пропускную способность, низкую задержку и энергоэффективность, необходимые для AI-дата-центров и облаков, работающих с триллионами параметров.

Nvidia: CPO-коммутаторы станут сердцем новых AI-кластеров для генеративного ИИ

Nvidia заявляет, что её оптические коммутаторы на базе Co-Packaged Optics (CPO) станут основой для будущих кластеров генеративного ИИ, которые продолжают стремительно расти по размеру и сложности.

Благодаря интеграции оптики прямо в кремний, такие кластеры смогут избавиться от тысяч отдельных компонентов, что обеспечит:

  • Быстрее установку и ввод в эксплуатацию,
  • Проще обслуживание,
  • Меньшее энергопотребление на каждое соединение,
  • Выше надёжность и срок службы системы.

В результате кластеры на основе Quantum-X InfiniBand и Spectrum-X Photonics показывают заметные улучшения по таким метрикам, как время запуска (time-to-turn-on), время до первого токена (time-to-first-token) и долгосрочная стабильность работы.

CPO как структурная необходимость для дата-центров будущего

Nvidia подчёркивает, что Co-Packaged Optics — это не просто опциональное улучшение, а фундаментальное требование архитектуры дата-центров будущего.
Компания планирует позиционировать оптические соединения как ключевое конкурентное преимущество перед другими решениями уровня rack-scale, например, от AMD, которая, в свою очередь, приобрела компанию Enosemi, чтобы наверстать отставание в области фотоники.

Связка Nvidia + TSMC: будущее фотонных платформ

Развитие оптических решений Nvidia неразрывно связано с эволюцией платформы TSMC COUPE (Compact Universal Photonic Engine), которая будет совершенствоваться в ближайшие годы и станет базой для будущих поколений CPO-платформ Nvidia.

Этапы дорожной карты TSMC COUPE:

  1. 1-е поколение — оптический движок для OSFP-разъёмов, обеспечивающий 1,6 Тбит/с и сниженное энергопотребление;
  2. 2-е поколение — переход к упаковке CoWoS с интегрированной оптикой, дающий 6,4 Тбит/с на уровне материнской платы;
  3. 3-е поколение — интеграция оптики внутрь самих процессорных пакетов, с пропускной способностью 12,8 Тбит/с и дальнейшим снижением задержек и энергозатрат.

Вывод:
Ставка Nvidia на кремниевую фотонику и CPO — это стратегический шаг к созданию сверхплотных, энергоэффективных и масштабируемых дата-центров для эпохи генеративного искусственного интеллекта, где оптические соединения станут столь же фундаментальными, как транзисторы в кремнии.