通过封装光学I/O重塑HPC架构

2020-07-07 09:17:43 朱明劲 0

即使推出首批百亿亿级系统,HPC中心仍在寻找可提供百亿分之一秒级处理,带宽和内存水平的技术。考虑到空间限制和当前材料的局限性,芯片正违背物理定律,因此很难从聪明的工程中获得收益。没有一些重大突破,将越来越提高可用的计算能力。

 

业内人士正在从多个角度探讨该问题,包括在系统级别提高整体性能和效率的方法。

 

更快的互连,实现革命性的系统创新

 

HPC中心和实验室中,随着模型的不断发展和对科学工作负载的要求越来越高,更快的互连对于以目前无法实现的方式改进和创新系统至关重要。例如,通过使系统架构师,能够将内存与处理器和加速器分离,可以构建分解的或以数据为中心的高吞吐量架构。

 

 

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尽管业界早已认识到光学I / O作为许多HPC挑战解决方案的潜力,但直到最近几年,经济的封装光学解决方案才出现。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)高级技术办公室高级首席HPC策略师Matt Leininger说,我们对光学技术作为游戏规则改变者的认识,可以追溯到世纪之交:

 

“二十年前,互联网热潮承诺将开发光学I / O技术,以解决我们面临的一些最大挑战。但是,传统技术的改进逐步取得了成功。今天,我们知道在2022年至2023年的时间范围内,第一代和第二代Exascale平台需要哪些技术,但此后将需要过渡到基于光学I / O的解决方案。”


光学I / O推动Exascale的发展

 

最终,光学I / O已成为驱动类似Moore法则的下一阶段的最佳解决方案,这将推动Ex-scale系统性能的发展。部分原因传统互连中使用的材料没有突破。结果:由于每FLOP字节数(B / F)的字节数不断减少,I / O进度一直保持相对平稳,限制因带宽不足的CPUHPC系统的发挥。

 

Ayar Labs已开发出可以使用标准的硅制造技术,以高速,高密度,低功率的基于光学的互连“小芯片”和分解的多波长激光器代替传统的基于电气的I / O。该公司的技术将支持显着更快的互连和新的系统架构,这将使HPC中心能够继续突破HPCAI的界限。

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带宽显着增加,同时减少延迟和功耗

 

Ayar Labs的光学I / O小芯片提供了通用的I /O,可实现真正的分布式和分布式体系结构,以支持更灵活的系统,其中所有组件都是“一流的公民”,在需要的时候和地点将数据分发到所有系统组件(处理和内存)。该公司的TeraPHY™封装光学I / O技术可通过电气选件提供1001,000倍的可用带宽,从而消除了带宽问题。与依赖交换机和前向纠错(FEC)的以太网解决方案相比,直接来自TeraPHY小芯片中主机SoC的无FEC链接将封装延迟降低了10倍(端到端连接约10 ns加上飞行时间对〜100 ns加上以太网的飞行时间)。除了带宽和低延迟增益外,Ayar实验室的光学技术还显著降低了能量消耗,只需要电力传输数据所需功率的十分之一。

 

TeraPHY小芯片的另一个主要优点:它们可以以封装内通信的成本有效地提供封装外通信。HPC中心将能够构建灵活的系统,这些系统直接使用任何SoC封装中的光学I / O来连接异构技术,并更轻松地支持具有不同扩展趋势的多种应用。TeraPHY小芯片具有高带宽密度,支持无胶互连以及浅高基数交换拓扑。使系统中的每个元素都能低延迟通信,更轻松地创建用于支持特定工作负载的“超级节点”。

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