Lumentum هي شركة متخصصة في الاتصالات البصرية والفوتونيات، وتتمحور عملياتها حول الليزر والمكونات البصرية وحلول الاتصالات عالية السرعة. مع التطور السريع لبنية الذكاء الاصطناعي التحتية، تستفيد Lumentum من خبرتها في الأجهزة البصرية للمشاركة في سلسلة توريد CPO والفوتونيات السيليكونية والتوصيلات البصرية عالية السرعة، حيث توفر مكونات أساسية لربط مراكز البيانات من الجيل القادم.
تُعد تطورات CPO ضرورية ليس فقط لتعزيز أداء شرائح الذكاء الاصطناعي، بل أيضًا لتشكيل مستقبل بنية شبكات مراكز البيانات. ومع تزايد الطلب على الاتصالات البصرية بسرعة 800G و1.6T وتوسع مجموعات الذكاء الاصطناعي، تتحول تقنية التوصيل البصري من حل تكميلي إلى عنصر جوهري في بنية الذكاء الاصطناعي التحتية.
ما هو CPO (Co-Packaged Optics)
CPO (Co-Packaged Optics) هو تقنية توصيل متقدمة تدمج الأجهزة البصرية مع الشرائح الأساسية ضمن نظام واحد. تهدف هذه التقنية إلى تقليل مسافة نقل البيانات بين الشرائح والوحدات البصرية، مما يعزز كفاءة الاتصال عالي السرعة. تعتمد شبكات مراكز البيانات التقليدية غالبًا على هيكلية وحدة بصرية منفصلة: حيث تعالج الشرائح داخل الخوادم أو المفاتيح البيانات، بينما تتصل الوحدات البصرية الخارجية عبر واجهات كهربائية لتحويل الإشارات بين النطاقين الكهربائي والبصري.
دعم هذا الهيكل تطور الإنترنت والحوسبة السحابية لعقود. ومع ذلك، يواجه هذا النموذج التقليدي تحديات جديدة مع التوسع السريع لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.
تتطلب مهام تدريب الذكاء الاصطناعي تعاونًا واسع النطاق بين وحدات GPU، مع أحجام تبادل بيانات تفوق بكثير تلك الموجودة في التطبيقات التقليدية. يتطلب تدريب النماذج الضخمة المزيد من شرائح التبديل عالية السرعة وربط الشبكات. ومع زيادة سرعات النقل، تؤدي التوصيلات الكهربائية عالية السرعة بين الشرائح والوحدات البصرية إلى فقدان أكبر للإشارة وارتفاع استهلاك الطاقة. عند عتبات 800G و1.6T، تواجه البنى التقليدية مشاكل في تدهور الإشارة وإدارة الحرارة وكفاءة الطاقة.
يعيد CPO صياغة هذا النموذج جذريًا. من خلال وضع المحرك البصري بجوار شريحة التبديل، يقلل CPO من طول المسار الكهربائي عالي السرعة، ويخفض فقدان الإشارة ويقلل استهلاك الطاقة للنظام، ما يجعله تقنية محورية لشبكات مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي من الجيل القادم.
تسعى شركات الشرائح الكبرى ومصنّعو معدات الشبكات وشركات الاتصالات البصرية بنشاط إلى تطوير تقنية CPO.
الفروق الرئيسية بين CPO والوحدات البصرية التقليدية
الاختلاف الرئيسي بين CPO والوحدات البصرية التقليدية يكمن في طريقة ربط المكونات البصرية مع الشريحة.
هيكلية الوحدة البصرية التقليدية: شريحة → واجهة كهربائية → وحدة بصرية → ليف بصري
هيكلية CPO: شريحة + محرك بصري → اتصال مباشر بالليف البصري
في الأنظمة التقليدية، يتم تحويل البيانات التي تولدها الشريحة أولاً إلى إشارات كهربائية عالية السرعة، ثم تُرسل إلى وحدة بصرية خارجية لتحويلها بين النطاقين الكهربائي والبصري. ومع ارتفاع السرعات، يصبح هذا المسار الكهربائي عنق زجاجة للأداء. يحسن CPO كفاءة التحويل عبر تقريب الواجهة البصرية من الشريحة.
تشمل الفروقات الأساسية:
-
استهلاك الطاقة: يعد استهلاك الطاقة من أكبر العوامل المؤثرة في تكلفة مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي. ومع زيادة عدد وحدات GPU، يزداد استهلاك الطاقة للشبكة. تساعد التوصيلات الكهربائية الأقصر في CPO على تقليل استهلاك الطاقة المرتبط بالاتصالات.
-
عرض النطاق: تتطلب مجموعات الذكاء الاصطناعي المستقبلية تبادل بيانات بسرعات فائقة. مع تطور الوحدات البصرية التقليدية، تؤدي المعدلات الأعلى إلى زيادة تعقيد النظام. يوفر CPO بنية أكثر ملاءمة لبيئات النطاق الترددي العالي.
-
تصميم النظام: توفر الوحدات البصرية التقليدية وحدوية عالية، ما يسهل الصيانة والاستبدال. أما CPO فيركز على التصميم المشترك بين الشرائح والتغليف والبصريات، ما يرفع متطلبات التصنيع.
CPO ليس مجرد بديل للوحدات البصرية التقليدية، بل هو مسار تقني جديد لسيناريوهات الحوسبة عالية الأداء للذكاء الاصطناعي.
لماذا تسرّع شرائح الذكاء الاصطناعي اعتماد CPO
تُعد التحسينات المستمرة في أداء شرائح الذكاء الاصطناعي من الدوافع الرئيسية للاهتمام بتقنية CPO. تقدم مسرعات الذكاء الاصطناعي الحديثة قدرة حسابية متزايدة باستمرار، حيث تتعامل كل وحدة GPU أو شريحة ذكاء اصطناعي مع مجموعات بيانات أكبر. لتحقيق أقصى استفادة من هذا الأداء، يجب ربط عدة عقد حسابية عبر شبكات عالية السرعة.
في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي واسعة النطاق، توزع المهام الحسابية على مجموعات ضخمة من وحدات GPU. على سبيل المثال، قد يتطلب تدريب نموذج لغوي ضخم آلاف وحدات GPU تتبادل معًا معلمات النموذج والنتائج في الوقت نفسه.
وهذا يتطلب ربطًا شبكيًا يواكب التطور. إذا تأخرت سرعات الشبكة، فقد لا يتم استغلال قوة وحدات GPU بالكامل بسبب تأخير نقل البيانات. تواجه التوصيلات الإلكترونية التقليدية تحديات متزايدة مع ارتفاع السرعات:
لذا، يبحث قطاع الذكاء الاصطناعي عن نماذج توصيل جديدة. تكمن قيمة CPO في كسر عنق الزجاجة التقليدي للربط، ما يتيح تبادل بيانات أكثر كفاءة بين الشرائح عالية السرعة.
ومع ازدياد أعباء استنتاج الذكاء الاصطناعي، يجب على مراكز البيانات ليس فقط تدريب النماذج الكبيرة، بل أيضًا معالجة طلبات المستخدمين الضخمة في الوقت الفعلي، ما يرفع المتطلبات لشبكات منخفضة الكمون وعالية النطاق الترددي.
استراتيجية Lumentum لتوصيلات الجيل القادم البصرية
تُعد Lumentum (LITE) شركة رائدة عالميًا في تقنيات الاتصالات البصرية والليزر، مع نقاط قوة أساسية في الأجهزة الفوتونية والليزر ومكونات الاتصالات عالية السرعة. ضمن سلسلة توريد CPO، لا تصنع Lumentum شرائح الذكاء الاصطناعي مباشرة، بل توفر المكونات البصرية الحيوية المطلوبة للاتصال البصري عالي السرعة.
ورغم أن بنى CPO تقلل المسافة بين الشرائح والوحدات البصرية، إلا أنها لا تزال تعتمد على مصادر ضوء عالية الأداء ومحركات بصرية وأجهزة بصرية متقدمة.
تُعد الليزرات عنصرًا حيويًا بشكل خاص، حيث تؤثر مباشرة على أداء الاتصالات البصرية. تتطلب شبكات الذكاء الاصطناعي عالية السرعة إشارات بصرية مستقرة وعالية التعديل، حيث تحدد الليزرات جودة الإشارة وسرعة النقل وموثوقية النظام. وتضع خبرة Lumentum العميقة في الفوتونيات الشركة في موقع محوري في أسواق التوصيلات البصرية عالية السرعة.
ومع انتقال مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي إلى سرعات أعلى، يتزايد الطلب على:
وتتوافق هذه المجالات مع تركيز Lumentum التقني. ومع تسارع تسويق CPO، ستزداد أهمية موردي الأجهزة البصرية، إذ أن المكونات البصرية عالية الأداء أساسية للاتصال عالي السرعة بغض النظر عن بنية مركز البيانات.
التآزر بين الفوتونيات السيليكونية وCPO
تُعد الفوتونيات السيليكونية عامل تمكين أساسي لـCPO. تستفيد الفوتونيات السيليكونية من تصنيع أشباه الموصلات المتطور لدمج الأجهزة البصرية على منصات شرائح السيليكون.
بينما تعتمد الاتصالات البصرية التقليدية على مكونات بصرية منفصلة، تسعى الفوتونيات السيليكونية لتحقيق تكامل أعلى، ما يخفض التكاليف ويعزز الأداء.
هناك تآزر كبير بين CPO والفوتونيات السيليكونية:
معًا، يعززان كفاءة نقل الشبكة في مراكز البيانات.
ويعد هذا التآزر حاسمًا لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.
ومع ارتفاع أداء شرائح الذكاء الاصطناعي، يجب أن تواكب سرعات نقل البيانات. إن الاعتماد على العديد من الوحدات البصرية المنفصلة يزيد من تعقيد النظام واستهلاك الطاقة.
تقلل الفوتونيات السيليكونية من حجم المكونات البصرية وتحسن كفاءة التصنيع، في حين يقلل CPO المسافة بين الشرائح والوحدات البصرية. معًا، يدفعان تطور بنى التوصيل عالية السرعة للجيل القادم.
وتعمل شركات أشباه الموصلات والاتصالات البصرية العالمية الكبرى على تطوير كل من الفوتونيات السيليكونية وCPO.
تمتلك Lumentum قاعدة تقنية قوية في هذا المجال، مع أبحاث وتطوير طويلة الأمد في الليزر والأجهزة الفوتونية. تعد مصادر الضوء والمعدلات والمكونات البصرية جميعها ضرورية لأنظمة الفوتونيات السيليكونية وCPO.
ومع انتقال CPO من التحقق المخبري إلى التطبيق الواسع، ستكون الشركات ذات الخبرة العميقة في الفوتونيات في موقع متميز للاستفادة من الفرص الصناعية الجديدة.
جذب صعود CPO كتقنية بنية تحتية أساسية للذكاء الاصطناعي قادة سلسلة التوريد، وأبرزهم Lumentum وBroadcom وMarvell، ولكل منهم تموضع تقني مميز.
تعد Lumentum في جوهرها مورّدًا لأجهزة الاتصالات البصرية.
تكمن قوتها الأساسية في الليزر والمكونات البصرية وتقنية الفوتونيات. وتركز Lumentum ضمن بنى CPO على مصادر الضوء والمكونات البصرية، حيث توفر الأجهزة الأساسية لنقل البيانات عالية السرعة.
أما Broadcom Inc. فتركز أكثر على بنية الأنظمة.
تعد Broadcom لاعبًا رئيسيًا في شرائح التبديل لمراكز البيانات، وتنشط أيضًا في شرائح ASIC الشبكية وشرائح الاتصال وحلول بنية الذكاء الاصطناعي التحتية. وتكمن ميزة Broadcom في CPO في قدراتها في الشرائح وأنظمة الشبكات.
فعلى سبيل المثال، تتطلب مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي شرائح تبديل عالية السرعة لإدارة حركة المرور بين مجموعات GPU الضخمة، وهو مجال تتفوق فيه Broadcom.
تركز Marvell Technology, Inc. بشكل أساسي على ربط مراكز البيانات وشرائح الشبكة وتقنيات التحويل الكهروضوئي.
وتتمتع Marvell بمكانة قوية في التوصيلات عالية السرعة، بما في ذلك شبكات مراكز البيانات وربط التخزين وشرائح الاتصالات البصرية.
خلاصة:
-
Lumentum: أجهزة بصرية وتقنية الليزر
-
Broadcom: شرائح الشبكة ومنصات الأنظمة
-
Marvell: شرائح الربط والبنية التحتية للبيانات
لا يعتمد تسويق CPO على شركة واحدة، بل يتطلب تقدمًا منسقًا في الشرائح والتغليف والبصريات ومعدات الشبكات.
تحديات تسويق CPO
رغم أن CPO يُنظر إليه على نطاق واسع كحل مستقبلي لتوصيلات الذكاء الاصطناعي البصرية، إلا أن هناك عدة عقبات أمام اعتماده على نطاق واسع.
تعقيد التصنيع: تتميز الوحدات البصرية التقليدية بدرجة عالية من الوحدوية، ما يسهل استبدال المكونات المعطلة. أما التكامل العالي بين البصريات والشرائح في CPO فيجعل التصنيع والصيانة أكثر تحديًا.
ويتطلب ذلك قدرات متقدمة في التغليف والاختبار والتعاون عبر سلسلة التوريد.
المعايير الصناعية: يشمل نظام مراكز البيانات صانعي الشرائح، وموردي الخوادم، ومصنعي معدات الشبكات، ومزودي الخدمات السحابية. ولا تزال هناك متطلبات متباينة لهياكل CPO ومعايير الواجهات وطرق التطبيق.
تعد المعايير الصناعية الموحدة ضرورية لتوسيع تطبيق CPO.
التكلفة: رغم أن CPO يعد باستهلاك طاقة تشغيلي أقل على المدى الطويل، إلا أن تكاليف البحث والتطوير والتصنيع الأولية مرتفعة. وبالنسبة للاعبين الكبار في السحابة، يجب أن تتحول المزايا التقنية إلى عوائد استثمارية.
إذا لم تنخفض تكاليف أجهزة CPO بسرعة كافية، فقد تستمر الوحدات البصرية التقليدية في بعض الأسواق.
إدارة الحرارة والموثوقية: مع زيادة كثافة الأجهزة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي وتقارب الشرائح والبصريات، يتطلب ضمان الاستقرار طويل الأمد حلولاً هندسية جديدة.
لذا، فإن تطور CPO ليس مجرد استبدال بسيط للتقنية الحالية، بل هو عملية تدريجية ومتدرجة.
مستقبل التوصيلات البصرية للذكاء الاصطناعي من الجيل القادم
سيرتكز تطور تقنية التوصيلات البصرية للذكاء الاصطناعي على ثلاثة محاور: سرعات أعلى، استهلاك أقل للطاقة، وتكامل أعمق.
-
ترقيات السرعة: تنتقل مراكز البيانات من اتصالات بصرية بسرعة 400G إلى 800G، ومع نمو مجموعات الذكاء الاصطناعي، ستكون 1.6T وما بعدها هي المحطات التالية. وسيقود ذلك الابتكار المستمر في الليزر والشرائح البصرية والتغليف.
-
اعتماد CPO على نطاق واسع: لا يزال CPO في مرحلة التصنيع الصناعي، ولكن مع تصاعد قوة شرائح الذكاء الاصطناعي واحتياجات الشبكة، تتسع القيمة المضافة له. من المرجح أن يبدأ ظهوره في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الضخمة، ثم ينتشر إلى سيناريوهات الحوسبة عالية الأداء الأوسع.
-
الحوسبة البصرية والفوتونيات المتقدمة: مع ازدياد تعقيد نماذج الذكاء الاصطناعي، قد تصل بنى الحوسبة الإلكترونية التقليدية إلى حدودها. وقد تصبح الحوسبة البصرية والفوتونيات السيليكونية والأنظمة الفوتونية المتقدمة إضافات أساسية للبنية التحتية للحوسبة. وبالنسبة لـLumentum، تكمن الفرصة طويلة الأمد في ترقية الاتصالات البصرية على مستوى الصناعة.
إن صعود الذكاء الاصطناعي لا يقتصر على زيادة الطلب على وحدات GPU، بل يشمل أيضًا تحديثًا شاملًا في ربط الشبكات ونقل البيانات وتقنية البنية التحتية. وتصبح التوصيلات البصرية حجر الأساس في منظومة الذكاء الاصطناعي.
الخلاصة
يبرز CPO (Co-Packaged Optics) كتقنية توصيل عالية السرعة من الجيل القادم لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي. ومع توسع نماذج الذكاء الاصطناعي، تتطلب مجموعات GPU الضخمة نطاقًا تردديًا أعلى وكمونًا أقل، ما يكشف عن حدود الطاقة والأداء في بنى الوحدات البصرية التقليدية. من خلال التكامل الوثيق بين المكونات البصرية والشرائح، يقلل CPO من مسافات نقل الإشارات عالية السرعة ويعزز كفاءة الشبكة. في الوقت نفسه، تسرّع تطورات الفوتونيات السيليكونية من تكامل الأنظمة البصرية، ما يمهد الطريق لشبكات الذكاء الاصطناعي عالية السرعة المستقبلية.
تعمل Lumentum (LITE)، باعتبارها رائدة في تقنيات الاتصالات البصرية والليزر، بشكل أساسي كمورّد للأجهزة البصرية ومكونات الليزر ضمن سلسلة توريد CPO. وبينما تتصدر Broadcom مجال شرائح الشبكة وMarvell في شرائح الربط، تركز Lumentum على قطاع الفوتونيات.
ومع ذلك، لا يزال تسويق CPO يواجه تحديات تتعلق بتعقيد التصنيع والتكلفة والتوحيد القياسي والموثوقية. ومع استمرار توسع مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، ستزداد أهمية التوصيلات البصرية عالية السرعة.
من منظور الصناعة، تنتقل المنافسة في الذكاء الاصطناعي من القدرة الحسابية البحتة إلى قدرات نقل البيانات. وستكون تقنيات CPO والفوتونيات السيليكونية والاتصالات البصرية عالية السرعة عناصر أساسية لدعم بنية الذكاء الاصطناعي التحتية من الجيل القادم، مع لعب شركات الاتصالات البصرية مثل Lumentum دورًا محوريًا في هذا التطور التقني.
