北京2024年12月12日/美通社/ -- 近日，IBM（纽约证券生意业务所代码：IBM）发布了其于光学技能方面的冲破性研究结果，有望显著提高数据中央练习及运行天生式 AI 模子的效率。IBM研究职员开发的新一代光电共封装(co-packaged optics，CPO) 工艺，经由过程光学技能实现数据中央内部的光速毗连，为现有的短间隔光缆提供了有力增补。经由过程设计及组装首个公布乐成的聚合物光波导 (PWG)，IBM 研究职员展示了光电共封装技能将怎样从头界说计较行业于芯片、电路板及办事器之间的高带宽数据传输。

今天，光纤技能已经经被广泛用在远间隔的高速数据传输，实现了"以光代电"来治理全世界险些所有的贸易及通讯传输。虽然数据中央的外部通讯收集已经经采用光纤，但其内部的机架仍旧重要利用铜质电线举行通讯。经由过程电线毗连的 GPU 加快器可能有一半以上的时间处在闲置状况，于年夜型漫衍式练习历程中需要等候来自其他装备的数据，致使昂扬的成本及能源华侈。

IBM 研究职员发明了一种将光学的速率及容量引入数据中央的新要领。于其最新发表的一篇论文中，IBM 展示了其全世界首发、可实现高速光学毗连的光电共封装原型。这项技能可年夜幅提高数据中央的通讯带宽，最年夜限度地削减 GPU 停机时间，同时年夜幅加速 AI 事情速率。该立异将实现如下新冲破：

降低范围化运用天生式AI 的成本：与中距电气互连装配比拟，能耗降低 5 倍以上，[1]同时将数据中央互连电缆的长度从 1 米延伸至数百米。

提高AI 模子练习速率：与传统的电线比拟，利用光电共封装技能练习年夜型语言模子的速率快近五倍，从而将尺度年夜语言模子的练习时间从三个月缩短到三周；用在更年夜的模子及更多的 GPU，机能将得到更年夜晋升。[2]

年夜幅提高数据中央能效：于最新光电共封装技能的加持下，每一练习一个 AI 模子所节省的电量，相称在 5000 个美国度庭的年耗电量总及。[3]

IBM 高级副总裁、IBM研究院院长Dario Gil暗示："天生式AI需要愈来愈多的能源及处置惩罚能力，数据中央必需随之进级换代，而光电共封装技能可以帮忙数据中央自在面向将来。跟着光电共封装技能取患上冲破，光纤电缆将年夜幅晋升数据中央的数据传输效率，芯片之间的通讯、AI事情负载的处置惩罚也会更高效，咱们将进入一个更高速、更可连续的新通讯时代。"

比现有芯片间通讯带宽快 80 倍患上益在最近几年芯片技能的前进，芯片上可以容纳更多、更密集的晶体管；好比，IBM 的 2 纳米芯片技能可于单一芯片上植入 500 多亿个晶体管。光电共封装技能旨于扩展加快器之间的互连密度，帮忙芯片制造商于电子模组上添加毗连芯片的光通路，从而逾越现有电子通路的限定。IBM 的论文所述的新型高带宽密度光学布局及其他立异结果，好比，经由过程每一个光通道传输多个波长，有望将芯片间的通讯带宽提高至电线毗连的80 倍。

与今朝开始进的光电共封装技能比拟，IBM 的立异结果可使芯片制造商于硅光子芯片边沿增长六倍数目的光纤，即所谓的"鬓发密度 (beachfront density)"。每一根光纤的宽度约为头发丝的三倍，长度从几厘米到几百米不等，可传输每一秒万亿比特级另外数据。IBM 团队采用尺度封装工艺，于 50 微米间距的光通道上封装高密度的聚合物光波导 (PWG)，并与硅光子波导绝热耦合。

论文还有指出，上述光电共封装模块采用50微米间距的聚合物光波导，初次经由过程了制造所需的所有压力测试。这些模组需要经受高湿度情况、-40°C 至 125°C 的温度以和机械经久性测试，以确保光互连装配纵然弯曲，也不会断裂或者丢掉数据。此外，研究职员还有展示了 18 微米间距的聚合物光波导技能：将四个聚合物光波导装备重叠于一路，可以实现多达128 个通道的毗连。

IBM 连续引领半导体技能研发

面临日趋增加的 AI 机能需求，光电共封装技能创始了一条新的通讯路子，并可能代替从电子到光学的模块外通讯。这一技能冲破延续了IBM 于半导体立异方面的带领职位地方，包括全世界首个 2 纳米芯片技能、首个 7 纳米及 5 纳米工艺技能、纳米片晶体管、垂直晶体管 (VTFET)、单芯片 DRAM 及化学放年夜光刻胶等。

该项目的设计、建模及模仿事情于美国纽约州奥尔巴尼完成，其原型组装及模块测试则由位在加拿年夜魁北克省布罗蒙的IBM试验室承接，后者是北美地域最年夜的芯片组装及测试基地之一。

[1] 从每一比特 5 微焦降至不到 1 微焦。

[2]数据基在利用行业尺度 GPU 及互连装配对于 700 亿参数年夜语言模子的练习。

[3]数据基在利用行业尺度 GPU 及互连装配对于超年夜型年夜语言模子（如 GPT-4）的练习。

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