שיתוף הפעולה בין חברת השבבים הישראלית טאואר סמיקונדקטור לScintil Photonics ממחיש לאן הולכת קישוריות מרכזי הנתונים בעידן הבינה המלאכותית – ומה עדיין צריך להיפתר בדרך
מהפכת הבינה המלאכותית נתפסת בדרך כלל דרך המעבדים – GPUs, מאיצים וארכיטקטורות מחשוב חדשות. אבל ככל שמערכות AI גדלות לאלפי ואף עשרות אלפי מאיצים, מתברר שהאתגר המרכזי כבר אינו רק כוח החישוב, אלא דווקא התקשורת ביניהם. במילים פשוטות, החישוב מתקדם מהר יותר מהיכולת להזיז נתונים.
דווקא כאן נכנסת הפוטוניקה המשולבת. שיתוף הפעולה שעליו הכריזו חברת השבבים הישראלית טאואר סמיקונדקטור ו-Scintil Photonics, הכולל לייזרי DWDM משולבים בפלטפורמת סיליקון-פוטוניקס, מספק הצצה ברורה לכיוון שאליו נעה תעשיית תשתיות ה-AI – מעבר הדרגתי מקישוריות נחושת לקישוריות אופטית המשולבת עמוק בתוך השבב.
צוואר הבקבוק החדש של מערכות AI
במערכי אימון והסקה גדולים, חלק משמעותי מהזמן והאנרגיה מושקע בהעברת נתונים בין GPUs, בין שרתים ובין ארונות חישוב. ככל שמספר המאיצים במערכת גדל, נפחי התעבורה גדלים אפילו מהר יותר. התוצאה היא שקישוריות חשמלית – גם המתקדמת ביותר – מתקשה לעמוד בדרישות רוחב הפס וההספק של מרכזי נתונים עתירי AI.
מעבר לאור הוא פתרון כמעט מתבקש. סיבים אופטיים מאפשרים קצב נתונים גבוה יותר, מרחקים גדולים יותר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר לכל ביט. אבל כדי להביא את היתרונות הללו לתוך מרכז הנתונים עצמו, לא מספיק להחליף כבל – צריך לשנות את הארכיטקטורה.
Co-Packaged Optics – הקישוריות מתקרבת למעבד
ארכיטקטורת Co-Packaged Optics (CPO) עושה בדיוק את זה. במקום מודולי תקשורת אופטיים נפרדים, רכיבי הפוטוניקה משולבים ישירות לצד המעבד או המאיץ, לעיתים באותו מארז.
כך מתקצרים נתיבי האות החשמליים, קטנים הפסדי ההספק ומתאפשרת צפיפות רוחב פס גבוהה בהרבה. עבור מרכזי נתונים, המשמעות היא יותר קישוריות באותו נפח פיזי ובצריכת אנרגיה נמוכה יותר. עבור מערכי AI גדולים, שבהם התקשורת הפנימית הפכה לגורם מגביל, זה שינוי ארכיטקטוני ממשי.
אחד הרכיבים הקריטיים ב-CPO הוא מקור האור עצמו – לייזרי DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), המאפשרים לשדר מספר רב של ערוצי מידע על סיב יחיד באמצעות אורכי גל שונים. שילוב לייזרים כאלה ישירות על שבב פוטוני הוא אתגר הנדסי משמעותי, וזה בדיוק מוקד שיתוף הפעולה בין טאואר ל-Scintil.
לייזר על שבב – אינטגרציה הטרוגנית בסיליקון-פוטוניקס
הרכיבים שהחברות הכריזו עליהם משלבים מקורות לייזר מונוליתיים בפלטפורמת הסיליקון-פוטוניקס של טאואר באמצעות טכנולוגיית SHIP™ של Scintil – גישת אינטגרציה הטרוגנית המאפשרת לשלב חומרים פוטוניים פעילים על גבי סיליקון.
בפוטוניקה קלאסית, מקור האור הוא רכיב נפרד המחובר לשבב. בפוטוניקה משולבת, הלייזר עצמו הופך לחלק אינטגרלי מהשבב. התוצאה היא מערכת קומפקטית יותר, יציבה יותר ומתאימה יותר לייצור המוני – תנאי הכרחי לחדירה למרכזי נתונים.
פלטפורמת הסיליקון-פוטוניקס של טאואר כבר משמשת ליישומי תקשורת אופטית, ומספקת את יכולות הייצור בהיקפים תעשייתיים. עבור Scintil, השילוב מאפשר להפוך טכנולוגיית לייזר מתקדמת למוצר שניתן לייצר בסקייל.
האתגרים ההנדסיים – חום, אמינות וייצוריות
למרות ההתקדמות, שילוב לייזרים לצד מאיצי AI מציב אתגרים לא פשוטים. לייזרים פוטוניים רגישים מאוד לטמפרטורה, בעוד GPUs מודרניים עובדים לעיתים בטווחי 80-90°C. סטיות תרמיות כאלה עלולות לגרום להיסט באורך הגל, לפגוע ביציבות התקשורת ואף לקצר את חיי הרכיב.
בשנים האחרונות, כדי להתמודד עם עומסי החום הגוברים של מאיצי AI, מפעילי מרכזי נתונים עוברים בהדרגה לקירור נוזלי (Liquid Cooling) ברמת השרת והארון. מעבר זה עשוי להפוך לגורם מאפשר חשוב גם עבור פוטוניקה משולבת, שכן סביבה תרמית מבוקרת ויציבה יותר יכולה להקל על שילוב לייזרים בסמיכות למאיצים עתירי הספק.
כלומר, פיתוח לייזרים משולבי-שבב לתשתיות AI אינו רק עניין של אינטגרציה פוטונית, אלא גם של ניהול תרמי מתקדם, בידוד מקומי ותכן מארז חדשני. החברות אינן מפרטות את הפתרונות, אבל ברור שזה אחד האתגרים המרכזיים בדרך לאימוץ רחב.
אתגר נוסף הוא ייצוריות. אינטגרציה הטרוגנית משלבת חומרים שונים על סיליקון – תהליך מורכב יותר מ-CMOS רגיל. בשלבים מוקדמים, אחוזי השבבים התקינים (yield) נוטים להיות נמוכים יותר, מה שמשפיע ישירות על העלות ועל קצב החדירה לשוק.
תחרות גוברת בפוטוניקה ל-AI
טאואר ו-Scintil נכנסות לשוק תחרותי למדי. אינטל נחשבת לחלוצה בסיליקון-פוטוניקס ומייצרת רכיבים אופטיים משולבים בנפחים גדולים כבר שנים. Broadcom מובילה את קישוריות מרכזי הנתונים והציגה פתרונות CPO מתקדמים משלה.
גם Nvidia פעילה בתחום, בעיקר דרך טכנולוגיות הקישוריות של Mellanox הישראלית, המשולבות עמוק בתשתיות ה-AI שלה. המשמעות היא שהפתרונות החדשים נכנסים לזירה שבה שחקנים מבוססים כבר מציעים טכנולוגיות דומות.
היתרון היחסי של טאואר טמון בפלטפורמת ייצור סיליקון-פוטוניקס פתוחה וביכולת להביא טכנולוגיות לייזר חדשניות לייצור בהיקפים גבוהים – מודל שמאפשר לחברות פוטוניקה להתחרות גם מול יצרניות שבבים משולבות.
זמינות מול אימוץ בפועל
הכרזה על זמינות רכיבים אינה בהכרח אומרת שנראה אותם מיד במרכזי נתונים. בעולם השבבים, מעבר מטכנולוגיה חדשה לאימוץ אצל מפעילי ענן גדולים יכול להימשך שנתיים ואף יותר, בגלל מחזורי תכנון, בדיקות אמינות והסמכות.
לכן, גם אם לייזרי DWDM משולבי-שבב זמינים כיום לפיתוח, שילובם הרחב במערכות AI מסחריות צפוי יותר לכיוון המחצית השנייה של העשור. שלב זה ידרוש הוכחת אמינות ארוכת טווח, יציבות תרמית ועלות תחרותית.
השאלה הכלכלית – מתי פוטוניקה משתלמת
פוטוניקה משולבת עדיין יקרה יותר מפתרונות נחושת מתקדמים, בעיקר בגלל מורכבות האינטגרציה וה-yield הראשוני. אבל מפעילי מרכזי נתונים לא בוחנים רק מחיר רכיב, אלא עלות כוללת למערכת – אנרגיה, צפיפות חישוב ונפח תשתית.
במערכי AI גדולים במיוחד, קישוריות אופטית משולבת יכולה להפוך למשתלמת יותר, כי חסכון באנרגיה ובשטח מתורגם ישירות ל-ROI. נקודת האיזון תלויה בקנה המידה של המערכת ובבשלות הייצור.
זווית ישראלית לפוטוניקה של ה-AI
בהיבט רחב יותר, שיתוף הפעולה מדגיש גם את מקומה של טאואר במפת הפוטוניקה העולמית. יכולות ייצור סיליקון-פוטוניקס בהיקפים תעשייתיים הן נכס משמעותי בעידן שבו תקשורת אופטית הופכת לחלק אינטגרלי מארכיטקטורת המחשוב. במובן זה, המעבר לתשתיות AI מבוססות פוטוניקה אינו רק שינוי טכנולוגי, אלא גם שינוי בשרשרת האספקה של תעשיית המחשוב – שינוי שבו יצרניות בעלות יכולות פוטוניקה מתקדמות, ובהן טאואר הישראלית, מקבלות תפקיד מרכזי יותר.
מבט קדימה
ככל שמערכות AI ממשיכות לגדול בקנה מידה, הפער בין יכולות החישוב ליכולות התקשורת רק גדל. פוטוניקה משולבת – ובמיוחד לייזרים משולבי-שבב – מסתמנת כאחד הפתרונות המרכזיים לפער הזה.
ועדיין, הדרך לאימוץ המוני אינה קצרה. שילוב מקורות אור רגישים לחום בסמיכות למאיצי AI עתירי הספק דורש פתרונות קירור ובידוד מתקדמים, והצלחת הפלטפורמה תלויה גם ביכולת להגיע ל-yield גבוה מספיק כדי להתחרות בעלויות נחושת או בפתרונות של אינטל וברודקום. רק לאחר הוכחת אמינות וייצוריות בהיקפים גדולים ניתן יהיה לצפות לחדירה רחבה למרכזי נתונים היפר-סקייל.
אם המגמה הזו תבשיל, העשור הקרוב עשוי לסמן מעבר היסטורי – מתשתיות תקשורת מבוססות נחושת לפוטוניקה משולבת. מעבר כזה יאפשר להמשיך ולהגדיל מערכות AI בקנה מידה שלא היה אפשרי קודם.
מקור: טאואר סמיקונדקטור ו-Scintil Photonics | עיבוד וניתוח: מערכת ניו-טק
