Net als de overgang van ADSL naar glasvezel in het dagelijks gebruik, ondergaat AI momenteel een vergelijkbare transformatie, maar dan binnen de eigen infrastructuur. Het zijn niet langer alleen de chips die ertoe doen, maar veeleer de interconnecties die ze met elkaar verbinden.

Wanneer het netwerk de flessenhals wordt

Met de explosieve groei van AI-modellen nemen de te verwerken en uit te wisselen datavolumes gigantisch toe. Deze stromen moeten steeds sneller circuleren, met minimaal verlies en een beheersbaar energieverbruik. In veel gevallen zijn deze uitwisselingen echter nog steeds afhankelijk van elektrische signalen die door koperen kabels reizen.

Bij ultrahoge snelheden, doorgaans tussen 400 en 800 Gbit/s, bereiken deze signalen hun fysieke limieten. Ze degraderen, genereren hitte en vertragen uiteindelijk het hele systeem. Het probleem is inmiddels duidelijk geïdentificeerd: het netwerk is een bottleneck geworden, soms zelfs beperkender dan de GPU's zelf.

Siliciumfotonica: cruciaal technologisch antwoord

Gezien deze beperking wint een oplossing geleidelijk aan terrein: het vervangen van elektrische signalen door lichtsignalen. Dit is het principe van siliciumfotonica, vaak aangeduid met het acroniem SiPh.

Het concept is op papier eenvoudig: licht gebruiken in plaats van elektriciteit om informatie te transporteren. In de praktijk zijn de voordelen aanzienlijk. Datatransfers worden aanzienlijk sneller, signaalverliezen worden beperkt en de energie-efficiëntie verbetert merkbaar. Dit is een cruciaal punt in een tijd waarin datacenters een gigantisch verbruik laten zien.

Integratie steeds dichter bij de processoren

Naast de aard van het signaal ligt de uitdaging ook in de manier waarop deze technologieën rond de processor worden geïntegreerd, een proces dat bekend staat als "packaging". Verschillende benaderingen bestaan naast elkaar, met name CPO (Co-Packaged Optics) en NPO of OBO (Near-Packaged Optics/On-Board Optics) architecturen.

Ze streven allemaal een gemeenschappelijk doel na: optische componenten zo dicht mogelijk bij de processoren brengen. Door de afstand tussen berekening en transmissie te verkleinen, beperken deze oplossingen de verliezen, verminderen ze de hitte en verbeteren ze de algehele prestaties van de systemen.

Deze innovaties geven vorm aan de toekomst van ultrasnelle computers, waardoor deze efficiënter worden en beter zijn afgestemd op de eisen van moderne kunstmatige intelligentie.

Een industriële toeleveringsketen die al klaarstaat

Deze transformatie gaat gepaard met een massale mobilisatie van technologische spelers. Nvidia, dat in de voorhoede van AI staat, investeert zwaar in fotonica, zowel intern als via strategische partnerschappen met specialisten zoals Lumentum en Coherent, beiden erkend om hun lasertechnologieën.

Marvell volgt hetzelfde momentum met de overname van Celestial AI, een speler die zich volledig richt op optica voor kunstmatige intelligentie. Ondertussen produceert Intel al op grote schaal 400G optische chips voor datacenters, terwijl Cisco een groot deel van de 800G optische modules levert die door hyperscalers worden gebruikt.

Broadcom integreert deze technologieën in zijn netwerkswitches, met name de Tomahawk-reeks, die op grote schaal in infrastructuren wordt ingezet. Andere spelers spelen een sleutelrol in de waardeketen: GlobalFoundries produceert fotonische chips voor verschillende bedrijven, terwijl Ayar Labs optische chiplets zoals TeraPHY ontwikkelt, die direct in processoren kunnen worden geïntegreerd.

IBM draagt ook bij met componenten die specifiek zijn bedoeld voor korte optische verbindingen, essentieel in CPO-architecturen, terwijl STMicroelectronics toepassingen verkent die reiken tot optische sensoren voor zelfrijdende voertuigen.

Europa speelt mee

Hoewel Amerikaanse giganten het landschap domineren, houden verschillende Europese bedrijven stand. STMicroelectronics ontwikkelt en industrialiseert siliciumfotonica-platforms voor hogesnelheidsverbindingen. Soitec levert de substraten die essentieel zijn voor deze circuits, terwijl Nokia coherente optische oplossingen ontwerpt waarin deze technologieën zijn geïntegreerd.

Naar een nieuwe technologische wedloop

Na jaren die gericht waren op rekenkracht, gaat de sector een nieuwe fase in. De concurrentie wordt niet langer alleen uitgevochten rond de prestaties van de chips, maar rond de snelheid en de efficiëntie van de verbindingen die deze chips laten samenwerken.