Čínský čip se 416 mikrozrcátky může snížit práh pro optické sítě AI

Novinka společnosti Suzhou Chipsens Technology je důležitá především jako milník v dodavatelském řetězci, nikoli jako uvedení hotového optického přepínače s maticí 400×400 portů.

Firma představila standardizovaný „veřejný“ čip s velkým polem MEMS mikrozrcátek pro optické circuit switche (OCS), tedy optické přepínače, které mezi koncovými body vytvářejí přímé světelné trasy. Pokud se deklarované parametry, výtěžnost a spolehlivost potvrdí při širší kvalifikaci u zákazníků, mohou čínští výrobci OCS stavět vlastní systémy rychleji a s menší potřebou vyvíjet nejcitlivější optickou komponentu od nuly.

Co Chipsens uvedl

Čip využívá elektrostatické dvouosé MEMS řízení a na jediném křemíkovém čipu integruje 416 samostatně pohyblivých mikrozrcátek. Číslo 416 označuje počet zrcátek, nikoli matici 416×416 portů. Uváděné rozměry pouzdra jsou 33,6 × 20,85 × 0,66 milimetru. 23

Podle firemních a oborových zpráv čip nabízí:

• mechanický náklon v ose X ±6,5°,
• mechanický náklon v ose Y ±5,5°,
• odrazivost v infračerveném pásmu nejméně 96 %,
• odezvu kratší než 10 milisekund,
• životnost přes miliardu spínacích cyklů,
• objemovou výtěžnost čipu nad 90 %,
• schopnost podpořit produkty OCS třídy 400×400 portů. 23

Jde o hodnoty uváděné společností a průmyslovými zdroji. Samy o sobě proto nepředstavují náhradu za nezávisle publikované srovnávací testy.

Jak funguje optické přepínání

Klasický elektronický paketový přepínač přijímá data, zpracovává směrovací informace a posílá pakety dál prostřednictvím elektrické přepínací vrstvy. OCS naproti tomu vytvoří mezi dvěma body fyzickou světelnou trasu. Jakmile je spojení nastavené, data mohou přepínačem procházet bez opakovaných převodů z optického signálu na elektrický a zpět.

U MEMS přepínače software vybere požadované spojení a elektrostaticky ovládaná mikrozrcátka se nakloní tak, aby nasměrovala paprsek ze vstupního optického vlákna k odpovídajícímu výstupu. Vzniklý okruh zůstává vyhrazený, dokud síť nezmění svou konfiguraci.

OCS se proto hodí hlavně pro provoz, který má tři vlastnosti:

1. Vysokou datovou náročnost: AI úlohy přesouvají mezi skupinami akcelerátorů obrovské objemy dat.
2. Předvídatelný komunikační vzorec: trénování modelů a další koordinované výpočty vytvářejí dlouhotrvající datové toky, pro něž má vyhrazený okruh smysl.
3. Toleranci k přepínání v řádu milisekund: OCS obvykle nemění topologii pro každý jednotlivý paket, ale na úrovni úloh nebo plánování.

Výhodou je nezávislost na datové rychlosti a vlnové délce, nízká latence a omezení části spotřeby spojené s elektronickým zpracováním.

OCS však elektronické sítě nenahrazuje úplně. Krátké, nárazové nebo nepravidelné přenosy jsou stále vhodnější pro paketové přepínání. Optická vrstva navíc potřebuje vlastní správu topologie, plánování, dohled a mechanismy pro obnovu po poruše.

Proč se o OCS zajímají AI clustery

S růstem počtu akcelerátorů je pevné propojení typu „bod–bod“ stále obtížnější na návrh i správu. Rekonfigurovatelná optická vrstva může měnit, které skupiny procesorů spolu přímo komunikují. Tím může omezit počet elektrických přepínacích vrstev a převodních bodů v síti.

Výrazným příkladem je architektura Google Ironwood. Google popisuje OCS jako síť, která propojuje TPU kostky nad rámec jedné kostky. Jeho dokumentace zároveň uvádí, že optické linky a poruchy OCS lze obejít, což zvyšuje dostupnost TPU částí systému. 1721

Publikované materiály Googlu hovoří u Ironwoodu o škálování až na 9 216 čipů v jednom superpodu. To neznamená, že všechny AI clustery převezmou stejný návrh. Ukazuje to ale, proč je řízení optické topologie cennější s rostoucím počtem propojených akcelerátorů. 21

Podobně opatrně je třeba zacházet s tvrzeními o úsporách energie. Průmyslové materiály uvádějí u konkrétních architektur OCS přibližně 40% snížení spotřeby sítě. Jde však o výsledek na úrovni celé architektury, nikoli o garantovanou úsporu způsobenou samotným čipem od Chipsens.

NVIDIA mezitím rozvíjí Spectrum-XGS Ethernet pro propojování distribuovaných datových center. Jde o jiný koncept než OCS s fyzicky rekonfigurovatelnými trasami mezi vlákny; NVIDIA současně prosazuje také co-packaged optics, tedy optiku integrovanou přímo u přepínacího čipu.

Proč standardizovaný čip může být pro Čínu důležitý

OCS kombinuje několik náročných oblastí: pole mikrozrcátek, optický engine, přesné ustavení vláken, pouzdření, řídicí elektroniku, software a systémovou spolehlivost. Standardizovaná komponenta může výrobcům zařízení umožnit soustředit se na integraci a validaci místo toho, aby každý z nich financoval vlastní vývoj velkého zrcadlového pole.

To by mohlo snížit vstupní bariéru pro vlastní OCS produkty určené čínským datovým centrům, páteřním sítím a velkým AI výpočetním clusterům. Současně by se mohla omezit závislost na dovážených klíčových součástkách. Skutečný dopad ale bude záviset na kvalifikaci u zákazníků, dlouhodobé výtěžnosti, spolehlivosti systémů a objemu nasazení.

Chipsens uvádí, že na MEMS přepínání s velkými poli začal pracovat v roce 2019. Zprávy následně popisují úspěšný tape-out velkého pole v roce 2025, jeho použití v systému OCS s 320×320 kanály a uvedení standardizovaného produktu pro průmyslové zákazníky v srpnu 2026. 124

Firma zároveň uvádí vlastní kapacity v oblasti návrhu mikrozrcátek, zpracování waferů, pouzdření a testování. Samostatné zprávy informují o dokončení kola financování Pre-A, které má urychlit vývoj polí MEMS mikrozrcátek a jejich využití v optických propojeních AI datových center. 67

Kam MEMS zapadá mezi ostatní technologie

MEMS zrcátka nejsou jedinou cestou k optickému přepínání. Mezi další přístupy patří:

• Přepínání pomocí tekutých krystalů: může nabídnout vysokou stabilitu a nízké optické ztráty, obvykle však přepíná pomaleji.
• Piezoelektrické nebo přímé směrování paprsku: optický prvek se pohybuje rychle, za cenu kompromisů v řízení, škálování a nákladech.
• Robotické přepínání vláken: vlákna se fyzicky zarovnávají, což může přinést velmi nízké ztráty, ale mechanický pohyb je pomalejší.
• Křemíková fotonika a vlnovodné přepínače: mohou být kompaktní a rychlé, ovšem škálování počtu portů, optické ztráty a řízení zůstávají technickou výzvou.

MEMS je v mnoha návrzích OCS s vysokým počtem portů považován za vedoucí přístup, protože kombinuje vysokou hustotu portů, relativně nízké vložné ztráty, širokopásmový provoz a rekonfiguraci v řádu milisekund. Akademická i průmyslová srovnání označují konstrukce třídy 320×320 za praktickou možnost pro velké systémy a tržní průzkumy očekávají, že MEMS zůstane v nejbližších letech dominantní kategorií.

Často opakované tvrzení, že MEMS drží více než 70 % trhu OCS, je však třeba brát s rezervou. Podíl se mění podle definice trhu, sledovaného roku a metodiky analytika. Dostupné podklady podporují závěr, že MEMS patří mezi vedoucí, případně dominantní technologie, nikoli však univerzálně ověřené číslo nad 70 %.

Plány do budoucna a limity současného oznámení

Mezi aktuálně uváděné produkty Chipsens patří pole třídy 300×300 a 320×320. Společnost zároveň popsala plán posunout se směrem k 1 024×1 024 portům. Jde o vývojovou roadmapu, nikoli o důkaz, že takový produkt už firma dodává nebo že prošel zákaznickou kvalifikací. 79

Také návrhy optických vrstev pro clustery se 100 000 a více akceleračními kartami představují možný směr vývoje. K dosažení takového měřítka by nestačilo pouze větší pole mikrozrcátek. Nutné by byly také optické pouzdření, software řídicí roviny, plánování, řešení poruch, kabeláž, tepelný návrh a koordinace s elektronickými přepínači. Dokumentace Googlu ukazuje, jak důležité jsou vedle samotné optické infrastruktury také mechanismy pro přesměrování a udržení dostupnosti. 1721

Nejstřízlivější závěr je zároveň dostatečně významný: Chipsens oznámil standardizovanou komponentu se 416 mikrozrcátky, jejíž deklarované parametry mají podpořit domácí OCS systémy třídy 400×400. Pokud se tvrzení o výkonu, výtěžnosti a spolehlivosti potvrdí při širším nasazení, může čip usnadnit vývoj čínských OCS zařízení a posílit místní dodavatelský řetězec kritické komponenty pro AI propojení.

Větší sliby — výrazné snížení spotřeby, optické sítě pro 100 000 akcelerátorů a přepínání 1 024×1 024 — zatím zůstávají systémovými příležitostmi nebo budoucími plány, nikoli výsledky prokázanými samotným uvedením tohoto čipu.