Yapay zeka teknolojilerinde daima artan sürat ve verimlilik, donanım altyapısının hudutlarını zorlamaya devam ediyor. O denli ki, binlerce GPU’nun yüksek bant genişliği ile birbirine bağlanması bilgi merkezi dizaynının en kritik meselelerinden biri haline geldi. Bu zorluğa karşılık olarak Nvidia, klâsik elektriksel sinyalleri bırakıp silikon fotoniğe geçiş yapıyor. Bu kapsamda Quantum-X ve Spectrum-X Ethernet Photonics’i tanıtıyor. Şirket, bu teknolojinin AI bilgi merkezlerinde geleneksel optik kontakların yerini alacağını ve yapay zeka hesaplamalarını büyük ölçüde hızlandıracağını belirtiyor. Hot Chips 2025 etkinliğinde ayrıntılandırılan ve 2026 yılında piyasaya sürülmesi planlanan Quantum-X ve Spectrum-X Ethernet Photonics isminden da anlaşılacağı üzere ışık temelli bir yaklaşım.
Mevcut sorun ne?
Günümüzde büyük ölçekli AI kümelerinde birden fazla rafı (rack) kapsayan sunucular tek bir sistem üzere çalışmak zorunda. Bunun için switch’ler, tekil rafların zirvesinden tüm sıraların sonuna taşındı ve GPU’lar ile birinci switch ortasındaki aralık arttı. 800 Gb/s suratında bakır kablolar bu uzaklıkları sağlam halde kat edemediği için optik ilişkiler mecburî hale geldi. Lakin mevcuttaki standart olan plakaya takılan optik vericiler, önemli dezavantajlar barındırıyor.
Elektrik sinyalleri, switch ASIC’ten çıkarak uzun yollar ve çok sayıda konektörden geçiyor ve lakin sonra ışığa dönüştürülüyor. Bu süreç, 200 Gb/s kanallarda yaklaşık 22 desibel sinyal kaybına yol açıyor ve ek dengeleme devreleri gerektiriyor. Sonuç olarak, port başına güç tüketimi yaklaşık 30 watt oluyor. Bu da ısıyı artırıyor, soğutma muhtaçlığını yükseltiyor ve kusur noktalarını çoğaltıyor. Nvidia’ya nazaran bir AI bilgi merkezi, klasik bulut data merkezine kıyasla yaklaşık 17 kat daha fazla optik güç tüketiyor. Bunun temel nedeni, GPU kümelerinin artmasıyla birlikte, öbür GPU’larla irtibat kurmak için onlarca optik vericiye muhtaçlık duyulması. Network optiği maliyeti, toplam hesaplama gücünün %10’unu bulabiliyor.
Nvidia’nın yeni çözümleri
Nvidia, birlikte paketlenmiş optik (co-packaged optics – CPO) yaklaşımı bu sıkıntıları çözmeyi hedefliyor. Bu yaklaşımda optik motor direkt switch ASIC ile entegre edilerek verimsizlikler ortadan kaldırılacak. Böyleliklle elektrik sinyalleri fiber optiğe çabucak aktarılabilecek. Sinyal kaybı da yaklaşık dört desibele düşüyor ve port başına güç tüketimi yüzde 70 azalıyor. Ayrıyeten, çok sayıda dış konektör ve bileşen de ortadan kalkıyor. 
Nvidia’ya nazaran, data merkezlerinde kullanılacak bu fotonik tahlil, standart optik kontaklara kıyasla 3.5 kat daha yüksek güç verimliliği, 10 kat daha yüksek dayanıklılık ve 1.3 kat daha süratli operasyon süresi sunuyor. Ek olarak teknolojinin öne çıkan özellikleri ortasında 200 G/lane SerDes standardını kullanan birinci uygulaması olması da bulunuyor. 
Nvidia, bu teknolojide TSMC ile işbirliği yapıyor. TSMC’nin COUPE (Compact Universal Photonic Engine) platformu üzerine inşa edilen teknoloji üç basamakta devreye alınacak. İlk jenerasyon, OSFP konektörler için 1.6 Tb/s optik motorlar sunarken ikinci evrede CoWoS paketlemeye geçişle 6.4 Tb/s bant genişliği sağlanacak. Son etapta ise fotonik direkt işlemcilere entegre edilecek ve data iletim suratı 12.8 Tb/s’ye kadar çıkarken gecikme ve güç tüketimi daha da azalacak.
Quantum-X InfiniBand switch’leri 2026 başında piyasaya çıkacak ve her biri 144 port üzerinden toplam 115 Tb/s data transferi sunacak. Bu platform, 14.4 teraflop ağ içi süreç kapasitesine sahip ASIC içeriyor ve AI iş yüklerinde irtibat gecikmesini azaltmayı amaçlayan dördüncü jenerasyon SHARP teknolojisini destekliyor. Tüm Quantum-X switch’ler sıvı soğutmalı olacak.
Aynı yılın ilerleyen devrinde Spectrum-X Photonics, CPO’yu Ethernet’e taşıyacak. Spectrum-6 ASIC ile çalışacak bu switch’ler iki modelle sunulacak. SN6810, 128 port üzerinden 102.4 Tb/s, SN6800 ise 512 port ve 409.6 Tb/s bilgi transferi sunacak. InfiniBand versiyonlarında olduğu üzere, bu Ethernet switch’ler de sıvı soğutma sistemine sahip olacak.
