Инвестициите в инфраструктура за изкуствен интелект (AI) преминаха през покрива след пристигането на генеративни езикови модели на AI като ChatGPT през 2022 г. С хиперскейлерите, които стимулират инвестициите в AI инфраструктура до рекордни нива през 2025 г., International Data Corp. изчислява глобалните инвестиции на удивителните $318 милиарда и изглежда, че те ще продължат да нарастват година след година.
На фона на стремглаво нарастващи капиталови инжекции, индустрията се доближава до физическа „стена за мащабиране“. Традиционната инфраструктура започва да скърца под натоварването на ограниченията на капацитета на центровете за данни и растящите енергийни изисквания.
Нарастващите енергийни изисквания за захранване на ИИ са неустойчиви, като нарастват и опасенията относно екологичните щети, които доставянето на такава енергия може да причини.
Сега сме на инфлексна точка. Традиционните методи за пренос на електрически данни достигат своите граници, като NVIDIA показа ръката си, като наскоро инвестира $4 милиарда в две компании за фотоника, Coherent Corp. и Lumentum. NVIDIA залага на бъдеще, в което данните се предават чрез светлина (фотони), а не чрез електричество.
AI консумация на енергия
TheИнститут за изследване на електроенергиятаизчислява, че центровете за данни могат да консумират до 9% от производството на електроенергия в САЩ годишно до 2030 г. спрямо 4% през 2023 г. Тъй като AI моделите са изправени пред все-нарастващо потребителско търсене и изискват повече изчисления, ще видим нарастване на глобалното търсене на енергия. Това представлява остър проблем за разходите за мащабиране на услугите на ИИ, като се има предвид неотдавнашната нестабилност на цените на енергията. Вече виждаме как този проблем се материализира, като OpenAI цитира нарастващите сметки за енергия като причина да отмени плановете си за разширяване на Обединеното кралство.
Процесорите се доближават до физически граници. Транзисторите, електронните ключове, които формират основата на електронните схеми, сега са широки само няколко атома-размер, при който квантовите ефекти и топлината стават значителни ограничения.
Светлина в края на тунела
Освен предизвикателството на количествата енергия, използвани за обработка и преместване на данни, физическото разстояние между елементите за обработка и памет, както на -чипа, така и на системно ниво, сега ограничава скоростта, с която AI моделите могат да се изпълняват и обучават. Изграждането на центрове за данни на фотонна основа е следващата логична стъпка.
Скоро изчисленията в рамките на оптичния път на данни ще бъдат възможни и предлагат възможност за намаляване на латентността и мащабиране на инфраструктурата без пропорционални увеличения на консумацията на енергия.
Фотониката може да бъде интегрирана директно в силициеви чипове, за да се даде възможност за мащабируемост и подобрения на ефективността спрямо електричеството. Същността на повишаването на ефективността на фотониката е проста: светлината се движи по-бързо и носи повече информация, като същевременно произвежда по-малко топлина от електроните. Това води до драматично по-висока изчислителна плътност, по-ниска консумация на енергия и превъзходна топлинна производителност за преодоляване на ограниченията, наложени от нарастването на тъмния силиций върху конвенционалните чипове.
Ползите от подобряването на ефективността на ниво чип са очевидни в това колко бързо се натрупват спестяванията на енергия. Един ват енергия, спестен чрез захранване на чип, също намалява загубата на енергия за захранване и охлаждане. Photonics отваря бъдещето на разработването на AI инфраструктура, съсредоточена върху основа, която е по-бърза, по-чиста и фундаментално мащабируема.
Реализация на център за данни Photonics
Основното затруднение в широкомащабния-ИИ вече не е необработеното изчисление, а зашеметяващата цена на енергия за преместване на данни със скоростта и обема, изисквани от съвременните работни натоварвания на ИИ. Бързата еволюция на граничните модели означава, че системите са подложени на постоянно напрежение от координирането на хиляди чипове едновременно. Традиционната инфраструктура на центъра за данни просто не може да се справи с търсенето на постоянен, високо интензивен обмен на данни.
Фотониката предоставя възможност за справяне с този проблем на стратегическо ниво, вместо просто да смекчава спираловидните топлинни изисквания на една все по-разтегната електрическа архитектура. Ранните оценки на индустрията показват, че използването на светлина за пренос на данни осигурява приблизително 5 пъти по-висока енергийна ефективност и 10 пъти по-голяма устойчивост на мрежата в сравнение с конвенционалната електроника.
Ползите от силициевата фотоника се простират отвъд незабавното повишаване на ефективността и устойчивостта. Като елиминира значителни затруднения при-прехвърлянето на данни, фотониката също така отключва типове изчисления, които преди са били считани за непрактични поради разходите за енергия, като напълно хомоморфно криптиране (обработване на криптирани данни, без изобщо да ги дешифрира).
Чрез премахване на ограниченията на традиционните изчислителни архитектури, фотониката има широко-обхватни последици за сектори, където производителността и поверителността на данните, изисквани от индустрията на отбраната, финансите и здравеопазването, не-подлежат на обсъждане.
Към днешна дата отговорът на AI индустрията на нейните ескалиращи енергийни нужди е бавен и не успява да се справи със структурните недостатъци на традиционните силициеви архитектури. Неотдавнашните многомилиардни -инвестиции на NVIDIA служат като ясен сигнал, че хипермащаберите вече признават, че това е основно инфраструктурен проблем.
Сега трябва да се запитаме дали правим повече от същото-продължаваме да влагаме-напоени суми в изграждането на центрове за данни и инфраструктура за охлаждане, или инвестираме в иновативни решения като фотоника, които могат да решат ключови ограничения при източника.
Фотониката представлява нов хоризонт на възможности. Вместо да замества съществуващите системи, фотониката разширява модерните изчислителни архитектури, като отключва нов изчислителен капацитет в самата мрежа. Photonics тласка чип индустрията към нейната най-голяма архитектурна промяна след появата на фон Ноймановата архитектура и предоставя възможност за отключване на неограничени изчисления.
