英伟达推出光子交换机，利用数百万 GPU 扩展人工智能网络

Nvidia 旨在通过利用光彻底改变数据中心的连接方式.2025 年 3 月，该公司推出了 Spectrum-X Photonics 以太网和 Quantum-X Photonics InfiniBand 交换机。这些交换机旨在连接不同地点的大型 "人工智能工厂"，支持数百万个 GPU，同时降低能耗和成本。其主要目标是将光学引擎与交换机芯片集成，从而消除不必要的电气元件。

扩大规模是主要挑战。当速度达到每秒 800 千兆比特或更高时，服务器和交换机之间的铜缆连接会减慢速度。信号在穿过电路板和连接器时会失去强度。这发生在信号到达光模块之前。Nvidia 指出，这种损失在 200 千兆位通道上大约为 22 分贝。这意味着需要更多的功率，每个端口大约需要 30 瓦。额外的组件也增加了故障风险。

共封装光学器件或 CPO 改变了这种设置。通过将光学引擎放在交换芯片旁边，信号几乎可以立即传输到光纤。这将电气损耗降低到大约 4 分贝，并将每个端口的功耗降低到大约 9 瓦。Nvidia 表示，在更大规模上，这种方法的能效提高了约 3.5 倍，信号质量提高了 60 多倍，弹性提高了 10 倍（因为活动部件减少了），安装速度提高了约 30%（因为需要构建和维护的部件减少了）。

在以太网方面，Spectrum-X Photonics 主要面向大型多租户网络。Nvidia 表示，它提供的单位面积带宽是普通以太网的 1.6 倍。选项包括 800 Gb/s 的 128 个端口或 200 Gb/s 的 512 个端口。总带宽可达 100 Tb/s。更大的设置可以达到 512 个端口（800 Gb/s）或 2,048 个端口（200 Gb/s）。总速度可达 400 Tb/s。

在 InfiniBand 方面，Quantum-X Photonics 专注于 800 Gb/s（千兆比特/秒）的连接，并使用液冷系统（一种使用液体冷却剂散热的系统）。其顶级交换机有 144 个端口，可处理 115 Tb/s 的数据。它还包括网内计算，在网络本身处理数据，每秒可进行 14.4 万亿次浮点运算。该系统采用了 Nvidia 最新的 SHARP（可扩展分层聚合和缩减协议）技术，以加速整个网络的群组任务。

Nvidia 表示，与上一代产品相比，这一代产品在人工智能网络方面的速度提高了两倍，可扩展性提高了五倍。可扩展性改进计划与台积电的 COUPE 平台和先进封装方法密切相关。在第一阶段，OSFP 模块中的光学引擎将达到 1.6 Tb/s。第二阶段将在主板上使用协同封装光学引擎，速度可达 6.4 Tb/s。第三阶段的目标是在处理器封装内实现 12.8 Tb/s，进一步降低延迟和功耗。Nvidia 预计将于 2026 年初推出基于 CPO 的 Quantum-X 交换机，并于同年晚些时候推出 Spectrum-X Photonics，这两款产品都将采用液冷技术。

Nvidia 正在与台积电 (TSMC)、相干 (Coherent)、康宁 (Corning)、Fabrinet、富士康 (Foxconn)、Lumentum、SENKO、矽品 (SPIL)、住友电工 (Sumitomo Electric)、TFC 等公司合作，共同负责制造、光学和组装。我们的目标是消除大型集群中成千上万的独立部件，加快设置速度，并在不消耗过多电力的情况下，使拥有一百万个 GPU 的网络成为可能。