تصور کنید قدرتمندترین پردازنده‌های گرافیکی جهان را در اختیار دارید، اما داده‌ها به‌دلیل ترافیک شدید در مسیر انتقال، هرگز به‌موقع به مقصد نمی‌رسند. در دنیای محاسبات عظیم، شبکه همان نقطه‌ای است که می‌تواند تمام قدرت سخت‌افزاری شما را به زنجیری از تأخیر تبدیل کند. لایه فیزیکی مرکز داده اکنون با چالشی جدی روبروست: با افزایش قدرت GPUها، شبکه به نقطه اصلی شکست یا ازدحام تبدیل می‌شود. برای حل این گلوگاه که در حال حاضر مقیاس‌پذیری خوشه‌های محاسباتی هوش مصنوعی را محدود کرده است، سیسکو (Cisco) و انویدیا (NVIDIA) یک رابط نوری جدید با ظرفیت ۱۲.۸ ترابیت بر ثانیه معرفی کردند.
بار کاری هوش مصنوعی زاینده (Generative AI) — شبیه به یک پروژه ساختمانی عظیم است که دیگر در یک کارگاه کوچک جا نمی‌شود و نیاز دارد چندین سایت مختلف به‌طور هماهنگ روی آن کار کنند — دیگر در یک رک سرور نمی‌گنجد. این تغییر باعث شده اتصال بین سایت‌ها به اندازه خودِ تراشه‌ها حیاتی شود؛ زیرا هرگونه تأخیر، ازدحام و سرعت بازیابی، مستقیماً بهره‌وری واحد پردازش گرافیکی (GPU) و پیشرفت وظایف محاسباتی را کاهش می‌دهد. این معماری‌ها اکنون به مدل‌های «مقیاس-در-عرض» (scale-across) نیاز دارند که در آن محاسبات به جای یک سایت واحد، در چندین مرکز داده توزیع شوند. این نیاز به بهینه‌سازی جریان داده‌ها، یادآور تلاش‌های اخیر برای افزایش توان عملیاتی توکن‌ها در پلتفرم‌های تخصصی انویدیا است تا بهره‌وری در مقیاس‌های کوچک‌تر نیز به حداکثر برسد.
همان‌طور که در تحلیل‌های پیشین ما درباره زیرساخت‌های مدل‌های بنیادی اشاره کردیم، انتقال از خوشه‌های محلی به معماری‌های توزیع‌شده، سخت‌افزار شبکه را به اولویت اول تبدیل کرده است. در اجلاس OCP Global Summit ۲۰۲۶ در سن خوزه (۱۲ اکتبر ۲۰۲۶)، سیسکو نقشه‌راهی را ارائه داد که در آن تراشه‌های سوئیچینگ با ظرفیت بالا و استانداردهای جدید نوری با هم ترکیب شده‌اند تا مراکز داده مجزا را به عنوان یک خوشه واحد و یکپارچه مدیریت کنند.
زمینه: تغییر به سمت مقیاس-در-عرض
کوین وولن‌وبر، نایب‌رئیس ارشد و مدیر کل زیرساخت‌های اینترنت و مرکز داده سیسکو، اشاره کرد که هوش مصنوعی به‌طور بنیادی نحوه مقیاس‌پذیری زیرساخت‌ها را تغییر داده است. تمرکز اکنون از خوشه‌های فردی به این تغییر یافته است که چگونه محاسبات در مقیاس عظیم متصل شوند و در عین حال تاب‌آوری سیستم حفظ شود.
برای دستیابی به این هدف، سیسکو تراشه Silicon One P200 را با نوری‌های همدوس (coherent optics) و سیستم‌های دارای بافر عمیق (deep-buffered) جفت می‌کند. این ترکیب اجازه می‌دهد تا ساختارهای هوش مصنوعی در مکان‌های مختلف به عنوان یک خوشه واحد عمل کنند. این استراتژی بر پایه فناوری‌های متداول اتصال مراکز داده است اما برای نیازهای خاص وظایف هماهنگ هوش مصنوعی بهینه‌سازی شده است.
استاندارد نوری USFP
سیسکو و انویدیا در حال توسعه مشترک ماژول USFP (Ultra-Dense Small Form Factor Pluggable) هستند. این ماژول نخستین استانداردی است که از سیگنال‌های الکتریکی ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه در هر مسیر (lane) پشتیبانی می‌کند.
مشخصات فنی کلیدی USFP عبارت است از:
- ظرفیت کلی: تا ۱۲.۸ ترابیت بر ثانیه برای هر ماژول.
- تراکم: ۴ برابر بیشتر از ماژول‌های فعلی ۲۰۰ گیگابیتی در هر مسیر.
- بهره‌وری: حدود ۱.۳ برابر بهبود در مصرف انرژی نسبت به ماژول‌های هم‌اندازه OSFP.
- مدیریت حرارتی: پشتیبانی از اتلاف توان تا ۱۰۰ وات بدون نیاز به مدار خنک‌کننده اختصاصی در ترانسیور، که طراحی سوئیچ را ساده‌تر می‌کند.
- ساختار: نخستین ترانسیورها ۱۶ مسیر دوطرفه (full-duplex) را در ابعادی مشابه ماژول‌های OSFP جای می‌دهند و هم برای سوئیچ‌ها و هم برای SuperNICها کاربرد دارند.
- مقیاس‌پذیری: طراحی کانکتور اجازه می‌دهد تعداد مسیرها در آینده به ۳۲ یا بیشتر افزایش یابد.
به نقل از مستندات فنی، این ماژول از یک کانکتور آرایه‌ای دوبعدی با مکانیزم درج دو مرحله‌ای استفاده می‌کند. طبق گفته این شرکت‌ها، این طراحی باعث می‌شود تماس‌های سرعت‌بالا تنها پس از نشستن کامل ماژول در جای خود برقرار شوند. این امر استهلاک نقاط تماس را کاهش داده، یکپارچگی سیگنال را بهبود می‌بخشد و نیروی مورد نیاز برای درج ماژول را پیش‌بینی‌پذیرتر می‌کند.
بیل گارتنر، نایب‌رئیس ارشد و مدیر کل سیستم‌های نوری سیسکو، بیان کرد که سازندگان هوش مصنوعی به معماری اتصالی نیاز دارند که عملکرد را بدون پیچیده کردن مدل عملیاتی مقیاس دهد. گیلاد شاینر، نایب‌رئیس ارشد انویدیا، افزود که این دو شرکت در حال ساخت اکوسیستمی برای بازتعریف نوری‌های جای‌گذاری‌پذیر (pluggable optics) هستند.
تراشه‌های Silicon One P200 و G302
در حالی که بخش نوری مسئول انتقال نور است، تراشه‌ها وظیفه مسیریابی را بر عهده دارند. تراشه Silicon One P200 سیسکو هم‌اکنون در بالاترین سطوح رایانش ابری مستقر شده است. سیسکو مدعی است نخستین شرکتی است که سیستم‌های ۵۱.۲ ترابیتی مبتنی بر P200 را در محیط عملیاتی هایپرسکیلرهای پیشرو فعال کرده است.
مایکروسافت (Microsoft) برای پشتیبانی از خدمات با کارایی بالای خود، P200 را وارد چرخه تولید کرده است. آناند راماکریشنا، نایب‌رئیس مهندسی مایکروسافت، تأکید کرد که معماری P200 سرعت و بافرهای تقویت‌شده‌ای را فراهم می‌کند که برای رشد ابری آن‌ها ضروری است.
به همین ترتیب، علی‌بابا کلاود (Alibaba Cloud Intelligence Group) این تراشه را در روترهای داخلی Quantum Cat برای شبکه ستون فقرات eCORE به کار گرفته است. دنیس کای از علی‌بابا اعلام کرد این روترها ظرفیت مسیریابی ۵۱.۲ ترابیت بر ثانیه را با معماری بافر عمیق کاملاً مشترک و سیستم‌عامل SONiC ارائه می‌دهند.
سیسکو همچنین تراشه Silicon One G302 را معرفی کرد؛ نخستین تراشه سوئیچینگ ۵۱.۲ ترابیتی با SerDes 200G که مخصوص استقرار در بالای رک (Top-of-Rack) است. سیستم‌های Top-of-Rack ترافیک سرورها را جمع‌آوری کرده و به شبکه گسترده‌تر مرکز داده منتقل می‌کنند. این تراشه که دارای خنک‌کننده مایع مستقیم به چیپ است، تا پایان سال ۲۰۲۶ عرضه خواهد شد. برای نیازهای بالاتر، تراشه ۱۰۲.۴ ترابیتی Silicon One G300 که پیش‌تر در سال ۲۰۲۶ معرفی شد، وارد مرحله نمونه‌برداری برای مشتریان شده و نخستین سیستم‌های آن در حال ارسال است.
مدیریت و نرم‌افزارهای باز
مقیاس‌دهی سخت‌افزاری بدون لایه مدیریتی کارآمد بی‌معنی است، به‌ویژه اگر لایه مدیریت مجموعه‌ای از «سیستم‌های قدیمی و وصله‌پین‌شده» باشد. سیسکو برای حل این مشکل، سامانه Cisco 8001 را معرفی کرد که توسط تراشه Silicon One A100 قدرت می‌گیرد و در نسخه‌های ۱۰ گیگابیت یا ۱ گیگابیت عرضه می‌شود.
این سیستم، نرم‌افزار SONiC (نرم‌افزار شبکه‌های باز در ابر) را به شبکه مدیریت خارج از باند (out-of-band) می‌آورد. این رویکرد به اپراتورها اجازه می‌دهد از همان APIها و اتوماسیونی که برای شبکه تولید استفاده می‌کنند، برای شبکه مدیریت نیز بهره ببرند و نیاز به محیط‌های مدیریتی مجزا را از بین می‌برد.
برای بهبود امنیت، سیسکو قصد دارد در اواسط سال ۲۰۲۷ فناوری Live Protect را معرفی کند. این فناوری از تکنولوژی Runtime استفاده می‌کند تا فاصله زمانی بین افشای یک آسیب‌پذیری و اعمال وصله (patch) را به شدت کاهش دهد و به مشتریان SONiC اجازه دهد اصلاحات را بدون متوقف کردن عملیات شبکه اعمال کنند.
چشم‌انداز رقابتی
سیسکو تنها بازیگر این میدان نیست. در همان روز، شرکت Celestica سوئیچ DS6005 را معرفی کرد که کاملاً با مایع خنک می‌شود. این سوئیچ بر پایه تراشه Tomahawk 6 شرکت برادکام (Broadcom) ساخته شده و از نوری‌های بسته‌بندی‌شده (CPO) برای رسیدن به ظرفیت ۱۰۲.۴ ترابیت بر ثانیه استفاده می‌کند.
این موضوع نشان‌دهنده یک دوگانگی در صنعت است: سیسکو و انویدیا روی نوری‌های «جای‌گذاری‌پذیر» (Pluggable) مانند USFP سرمایه‌گذاری کرده‌اند تا انعطاف‌پذیری و سازگاری را حفظ کنند، در حالی که رقبا برای رسیدن به حداکثر تراکم به سراغ CPO رفته‌اند.
این حرکت به سمت مشخصات باز — از جمله همکاری سیسکو با ESUN در OCP برای استانداردهای ۱.۰ و مشخصات آینده برای بارهای کاری scale-up — نشان‌دهنده فاصله گرفتن از شبکه‌های انحصاری «جعبه سیاه» است. تراشه Silicon One که در سال ۲۰۱۹ معرفی شد، به گونه‌ای طراحی شده که از ۱۰۰ گیگابیت تا ۱۰۰ ترابیت را روی یک طراحی سیلیکونی واحد مقیاس دهد.
با ایجاد یک پروژه چندمنبعی برای USFP، انویدیا و سیسکو در تلاش‌اند تا استاندارد صنعت را تعیین کنند. آن‌ها با شرکت‌های TE Connectivity و Amphenol روی قفسه‌ها (cages) و کانکتورها همکاری می‌کنند تا سازگاری بین شبکه‌های Ethernet مبتنی بر Silicon One و NVIDIA Spectrum-X را برای سازمان‌ها، نئو-کلاودها و ابرهای حاکمیتی (sovereign clouds) تضمین کنند.
منتظر باشید تا نخستین ترانسیورهای مبتنی بر USFP در سال ۲۰۲۷ وارد بازار شوند؛ زیرا آن‌ها تعیین خواهند کرد که آیا صنعت انعطاف‌پذیری ماژول‌های Pluggable را ترجیح می‌دهد یا تراکم خام نوری‌های CPO.
گام بعدی شما
- اگر مدیر زیرساخت هستید، تفاوت بین انعطاف‌پذیری ماژول‌های Pluggable و تراکم CPO را در استراتژی سخت‌افزاری ۲۰۲۷ خود بررسی کنید.
- مستندات SONiC را برای یکپارچه‌سازی لایه‌های مدیریت و تولید در مراکز داده مطالعه کنید.
- زمان عرضه ترانسیورهای USFP در سال ۲۰۲۷ را دنبال کنید تا تأثیر آن بر هزینه استنتاج در مقیاس کلان را بسنجید.
اما نبرد واقعی در لایه سخت‌افزاری، رقابت بین خنک‌کنندگی مایع و هواست — به تحلیل ما درباره سیستم‌های خنک‌کننده نسل جدید مراکز داده مراجعه کنید.
گفتگو