Сократит ли переход на скорость света энергопотребление в дата-центрах?
Чтобы сэкономить электроэнергию и увеличить пропускную способность, дата-центры переходят с медных кабелей на технологии с использованием света.
Поможет ли переход на скорость света снизить энергопотребление в центрах обработки данных?
Центры обработки данных потребляют огромное количество меди в своих электрических и информационных системах. «Я думаю, мы подошли к концу эпохи меди», — говорит Крис Шарп, технический директор оператора дата-центров Digital Reality.
Он не имеет в виду, что медь заканчивается. Скорее, Шарп и многие другие специалисты в секторе дата-центров полагают, что она будет использоваться меньше.
Дата-центры полагаются на огромные объемы этого металла: около 400 тонн уходит на типичный объект мощностью около 100 МВт (размер дата-центра измеряется в мегаваттах, единице электрической мощности).
Большая часть этой меди используется в электрической инфраструктуре, необходимой для питания дата-центра, и в системах охлаждения. Но до 70 тонн используется компьютерными серверами, которые обрабатывают данные на этом объекте мощностью 100 МВт.
Между тем, до 20 тонн расходуется на сетевую проводку, которая соединяет эти компьютерные серверы между собой.
Именно в этой похожей на спагетти проводке, змеящейся по дата-центру, медь планируют заменить.
«Провода между этими графическими процессорами, центральными процессорами и всеми этими вычислительными мощностями — вот что нас замедляет», — говорит Шарп.
Данные перемещаются по дата-центрам в виде электронов, которые эффективно проходят по медным проводам.
Многие считают, что существует еще более эффективный метод: использование света в виде фотонов.
Свет уже десятилетиями используется для дальней связи по волоконно-оптическим линиям — данные для этой статьи, вероятно, в какой-то момент прошли по волоконно-оптическому кабелю.
Но исследователи и компании хотят распространить использование оптоволокна внутрь самого дата-центра.
Это требует сложнейших инженерных решений, при которых оптические компоненты подключаются напрямую к электрическим, иногда на самих компьютерных чипах.
Эта технология известна как фотоника, и ее главное преимущество заключается в том, что свет не создает теплового эффекта, свойственного электричеству. Меньше тепла означает, что требуется меньше энергии для охлаждения систем дата-центра.
«Вы можете сэкономить очень много энергии», — говорит Каллум Литтлджонс, заместитель директора фабрики кремниевой фотоники Cornerstone Labs.
, но могло бы сделать их немного менее энергоемкими.
Литтлджонс также отмечает, что по одному и тому же каналу можно отправлять несколько потоков данных для увеличения пропускной способности.
Питер О'Брайен, руководитель исследований в области фотонной упаковки и системной интеграции в Ирландском исследовательском институте Тиндаля, отметил, что ученые и коммерческие компании работают с фотоникой уже много лет, но технология столкнулась с рядом производственных трудностей.
Теперь, по словам О'Брайена, технология готова выйти из лабораторий в широкое использование.
«То, что сейчас происходит с оптикой и фотоникой, — это своего рода перезагрузка», — говорит он.
Помогает и то, что гигант в сфере ИИ-чипов Nvidia поддержал эту технологию.
Но переход на фотонику — это не простая замена, поскольку он объединяет различные инженерные традиции и разные цепочки поставок.
«Мы действительно научились снижать затраты на электрическую часть: как ее проектировать, как производить, как тестировать, как развертывать», — говорит Эндрю Уилер, старший вице-президент Hewlett Packard Labs.
Но он отмечает, что отрасль все еще пытается понять, как снизить стоимость.
Часть проблемы заключается в том, что различные этапы производственного процесса рассредоточены по всему миру. Например, финальная сборка осуществляется на так называемых упаковочных предприятиях, которые сосредоточены на Тайване.
Инженерные препятствия остаются. Оптические сетевые устройства могут выделять гораздо меньше тепла, но другие компоненты внутри дата-центра все равно нагревают окружающую среду.
Это проблема для оптических компонентов, которые очень чувствительны к теплу, объясняет Уилер. Это создает проблемы с надежностью, если только операторы дата-центров и производители оборудования не смогут оставаться в строгих температурных пределах.
И хотя оптические сети могут передавать данные — почти — со скоростью света, их установка и обслуживание все равно будут происходить с человеческой скоростью. Сетевым дизайнерам, инженерам технической поддержки и монтажникам необходимо освоить новые навыки для установки и обслуживания.
Например, говорит Шарп, в случае с оптоволокном «нельзя делать крутые повороты. Есть небольшие нюансы в том, как его структурировать».
Волоконно-оптические кабели выделяют очень мало тепла по сравнению с медными проводами.
В конечном счете, преимущества оптических сетей могут быть полностью реализованы только тогда, когда свет будет использоваться не только для передачи данных, но и для их обработки, считает Офер Шапиро, генеральный директор оптической компании Resolight.ai.
Компания предлагает архитектуру, которая заменит традиционные электронные сетевые коммутаторы, управляющие связью между серверами, на полностью оптические устройства.
Он утверждает, что нет смысла постоянно преобразовывать данные из фотонов в электроны и обратно в фотоны.
Оптические межсоединения между компьютерными чипами и сетевыми элементами позволят сохранять данные в оптической среде, экономя еще больше энергии, утверждает Шапиро.
Но это дело будущего. В более краткосрочной перспективе компании все еще работают над масштабированием производства фотоники.
Литтлджонс говорит, что эта возможность повторного использования знаний, полученных в производстве электроники, в конечном итоге поможет снизить стоимость фотоники.
«Мы знаем, что можем производить это в огромных масштабах, и именно поэтому это такая интересная технология, ведь она может лечь в основу многих приложений».
Компоненты фотоники обычно крупнее кремниевых компонентов, используемых в компьютерных чипах.
Как ни странно, это означает, что такие организации, как Cornerstone, могут перепрофилировать старое оборудование для производства кремния, использовавшееся для предыдущих поколений процессоров.
Один из производственных инструментов Cornerstone взят с бывшей производственной линии Intel, использовавшейся для изготовления чипов Pentium 4, выпущенных на рубеже веков.
Литтлджонс говорит, что эта возможность повторного использования знаний, полученных в производстве электроники, в конечном итоге поможет снизить стоимость фотоники.
«Мы знаем, что можем производить это в огромных масштабах, и именно поэтому это такая интересная технология, ведь она может лечь в основу многих приложений».