Nvidia revela switches fotônicos para dimensionar redes de IA com milhões de GPUs

A Nvidia pretende revolucionar a conectividade do data center aproveitando a luz https://www.tomshardware.com/networking/nvidia-outlines-plans-for-using-light-for-communication-between-ai-gpus-by-2026-silicon-photonics-and-co-packaged-optics-may-become-mandatory-for-next-gen-ai-data-centers. Em março de 2025, a empresa apresentou os switches Spectrum-X Photonics Ethernet e Quantum-X Photonics InfiniBand. Eles foram projetados para conectar grandes "fábricas de IA" em diferentes locais e suportar milhões de GPUs, reduzindo o uso e os custos de energia. O objetivo principal é integrar os mecanismos ópticos aos chips de switch, eliminando assim componentes elétricos desnecessários.

O aumento de escala é o principal desafio. Quando as velocidades atingem 800 gigabits por segundo ou mais, as conexões de cobre entre os servidores e os switches diminuem a velocidade. Os sinais perdem força à medida que passam pelas placas e conectores. Isso acontece antes de o sinal chegar ao módulo óptico. A Nvidia afirma que essa perda é de aproximadamente 22 decibéis em canais de 200 gigabits. Isso significa que é necessária mais energia, e cada porta usa cerca de 30 watts. Componentes extras também aumentam o risco de falhas.

A óptica co-packaged, ou CPO, muda essa configuração. Ao colocar o mecanismo óptico ao lado do chip do switch, os sinais são transmitidos para a fibra quase imediatamente. Isso reduz a perda elétrica para aproximadamente quatro decibéis e reduz o consumo de energia por porta para cerca de nove watts. A Nvidia afirma que, em uma escala maior, essa abordagem alcança uma eficiência energética cerca de 3,5 vezes melhor, uma qualidade de sinal 60 vezes mais forte, uma resiliência 10 vezes maior, pois há menos peças ativas, e uma configuração cerca de 30% mais rápida, pois há menos para construir e manter.

Para Ethernet, o Spectrum-X Photonics é voltado para redes grandes e com vários locatários. A Nvidia diz que ela oferece cerca de 1,6 vezes mais largura de banda por área do que a Ethernet comum. As opções incluem 128 portas a 800 Gb/s ou 512 portas a 200 Gb/s. Isso chega a 100 Tb/s no total. Configurações maiores podem chegar a 512 portas a 800 Gb/s ou 2.048 portas a 200 Gb/s. Isso proporciona um total de 400 Tb/s.

Para InfiniBand, a Quantum-X Photonics concentra-se em conexões de 800 Gb/s (gigabits por segundo) e usa resfriamento líquido, um sistema que usa um líquido refrigerante para remover o calor. Seu switch superior tem 144 portas e pode lidar com 115 Tb/s de dados. Ele também inclui computação em rede, que processa dados dentro da própria rede, com capacidade para 14,4 trilhões de operações de ponto flutuante por segundo. O sistema utiliza a mais recente tecnologia SHARP (Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol) da Nvidia para acelerar as tarefas de grupo em toda a rede.

A Nvidia diz que essa geração é duas vezes mais rápida e cinco vezes mais escalável para redes de IA do que a anterior. O plano de melhoria da escalabilidade está intimamente ligado à plataforma COUPE da TSMC e aos métodos avançados de empacotamento. Na primeira fase, os mecanismos ópticos nos módulos OSFP atingirão 1,6 Tb/s. A segunda fase usará óptica co-embalada na placa-mãe, com capacidade de 6,4 Tb/s. A terceira fase visa a 12,8 Tb/s em pacotes de processadores, reduzindo ainda mais a latência e o consumo de energia. A Nvidia espera lançar switches Quantum-X baseados em CPO no início de 2026 e Spectrum-X Photonics no final do mesmo ano, ambos com refrigeração líquida.

A Nvidia está fazendo parcerias com empresas como TSMC, Coherent, Corning, Fabrinet, Foxconn, Lumentum, SENKO, SPIL, Sumitomo Electric, TFC e outras para cobrir a fabricação, a óptica e a montagem. O objetivo é remover milhares de peças separadas de grandes clusters, acelerar a configuração e tornar possíveis redes com um milhão de GPUs sem consumir energia excessiva.