OCI MSA กำหนดมาตรฐานออปติกเพื่อสเกล AI แต่ยังมีข้อจำกัดในการเพิ่มแบนด์วิดท์

การจัดตั้ง Optical Compute Interconnect Multi‑Source Agreement (OCI MSA) โดยกลุ่มบริษัท AMD, Broadcom, Meta, Microsoft, NVIDIA และ OpenAI เมื่อช่วงต้นฤดูใบไม้ผลินี้ มีเป้าหมายเพื่อกำหนดสเปคมาตรฐานของเครือข่ายออปติคที่ใช้ร่วมกับ AI datacenter — โดยเน้นการใช้เทคโนโลยี co‑packaged optics (CPO) ที่สามารถขยายแบนด์วิดท์ได้อย่างต่อเนื่อง แม้การกำหนดสเปคขั้นต้นจะช่วยยุติการถกเถียงด้านสถาปัตยกรรม แต่ก็ยังเหลือคำถามสำคัญเกี่ยวกับวิธีการเพิ่มแบนด์วิดท์ต่อเนื่องหลังจากจุดเริ่มต้นที่สี่คลื่นความยาวคลื่น

Overview

สเปคพื้นฐานของ OCI GEN1 ระบุการใช้การมอดูเลชันแบบ non‑return‑to‑zero (NRZ) ร่วมกับ wavelength‑division multiplexing (WDM) โดยมี สี่คลื่นความยาวคลื่น ที่แต่ละคลื่นส่งข้อมูลที่ 50 Gbps ทำให้ได้อัตราการส่งข้อมูล 200 Gbps ต่อทิศทางต่อไฟเบอร์ เส้นทางเทคโนโลยีระบุว่าในระยะยาวอาจขยายเป็น 1.6 Tbps ต่อไฟเบอร์ต่อทิศทาง ผ่านการเพิ่มจำนวนคลื่นความยาวคลื่นบนโครงสร้างไฟเบอร์เดียวกัน

การกำหนดสเปคนี้ทำให้กลุ่มผู้ผลิตและผู้ให้บริการโครงสร้างพื้นฐาน AI สามารถมุ่งเน้นการพัฒนาฮาร์ดแวร์ให้สอดคล้องกับมาตรฐานเดียวกัน ลดความซ้ำซ้อนของการออกแบบและเร่งการนำผลิตภัณฑ์เข้าสู่ตลาดได้เร็วขึ้น

Architecture & Technical Choices

การเลือกใช้ NRZ แทน PAM‑4 มีเหตุผลหลักมาจาก ประสิทธิภาพพลังงานต่อบิต (energy‑per‑bit) — NRZ ส่งหนึ่งบิตต่อสัญลักษณ์โดยใช้พลังแสงน้อยกว่า PAM‑4 ที่ต้องใช้พลังงานประมาณสามเท่าเพื่อให้ได้อัตรา bit‑error‑rate (BER) เทียบเท่า การใช้ NRZ ทำให้ forward error correction (FEC) สามารถทำงานได้เบาบางกว่า ส่งผลให้ latency** คงที่และคาดการณ์ได้ง่ายขึ้น

บนด้านไฟฟ้า SerDes ที่ทำงานที่ 50 GBaud ใช้พลังงานต่อบิตประมาณ หนึ่ง‑ใน‑สาม ของการทำงานที่ 100 GBaud การรักษาอัตรา Baud ที่ต่ำนี้เป็นหัวใจของแนวคิด “slow‑and‑wide” ซึ่งช่วยให้ระบบยังคงอยู่ในขอบเขตพลังงานที่กำหนดไว้ แม้แบนด์วิดท์จะเพิ่มขึ้นด้วยการเพิ่มจำนวนคลื่น

โดยสรุป การเพิ่มจำนวนคลื่นเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดในการสเกลแบนด์วิดท์โดยไม่ต้องเพิ่มอัตรา Baud หรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ SerDes ซึ่งจะทำให้ต้นทุนและความซับซ้อนของระบบเพิ่มขึ้นอย่างไม่จำเป็น

Manufacturing Evolution

การผลิตออปติคที่สามารถทำงานในระดับ AI‑scale ได้ผ่านการเปลี่ยนผ่านของเทคโนโลยีหลายยุค ได้แก่

• ยุคแรก – การประกอบออปติคแบบแยกส่วน: ส่วนประกอบทำจากวัสดุพิเศษและต้องจัดตำแหน่งด้วยมือ ซึ่งทำให้ขั้นตอนการประกอบและจุดล้มเหลวเพิ่มขึ้นอย่างมาก
• ยุคที่สอง – silicon photonics: โมดูลต่าง ๆ รวมอยู่บนแผ่นซิลิคอนเดียว ทำให้บางส่วนของกระบวนการผลิตสามารถใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ได้ แต่ยังคงต้องพึ่งพาวัสดุ III‑V ที่ไม่ใช่ซิลิคอนสำหรับแหล่งกำเนิดแสงและแอมพลิฟายเออร์
• ยุคที่สาม – heterogeneous integration: การบรรจุวัสดุ III‑V เข้ากับ silicon photonics บนแผ่นเดียวทำให้ laser, semiconductor optical amplifier (SOA) และ high‑speed modulator** สามารถผลิตแบบ wafer‑level ได้ ลดต้นทุนและเพิ่มความเชื่อถือได้ระดับอุตสาหกรรม

การบูรณาการครบวงจรนี้เป็นก้าวสำคัญที่ทำให้โครงข่ายออปติคสามารถขยายตัวไปสู่ระดับที่ AI datacenter ต้องการได้อย่างคุ้มค่า

Bandwidth Scaling Path

สเปค OCI GEN1 กำหนดขั้นต่ำที่ สี่คลื่น 50 Gbps ซึ่งเพียงพอสำหรับการพิสูจน์แนวคิดและการประสานซัพพลายเชน แต่ไม่เพียงพอสำหรับ GPU รุ่นต่อไปที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงกว่า

• แปดคลื่น 400 Gbps ต่อไฟเบอร์ต่อทิศทาง
• สิบหกคลื่น 800 Gbps ต่อไฟเบอร์ต่อทิศทาง

การเพิ่มจำนวนคลื่นทำให้ระบบสามารถ สองเท่า หรือ สี่เท่า แบนด์วิดท์โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงการออกแบบของ SerDes หรือเพิ่ม FEC อย่างลึกซึ้ง นอกจากนี้ การส่งข้อมูลแบบ bidirectional บนไฟเบอร์เดียวกันยังลดจำนวนไฟเบอร์ที่ต้องใช้ลงอีกด้วย

แม้ว่าการเพิ่มคลื่นจะเป็นวิธีที่ชัดเจนที่สุด แต่ความท้าทายสำคัญคือต้องผลิต laser array ที่มีความแม่นยำสูงและเสถียรในปริมาณมหาศาล ซึ่งต้องอาศัยการพัฒนากระบวนการ heterogeneous integration อย่างต่อเนื่อง

Industry Implications

การยอมรับมาตรฐาน OCI MSA ทำให้บริษัทผู้ผลิตออปติคและผู้ให้บริการโครงสร้างพื้นฐาน AI มี จุดอ้างอิงเดียว ในการพัฒนาเทคโนโลยีต่อเนื่อง ลดความเสี่ยงจากการพัฒนาแยกส่วนและช่วยเร่งการนำผลิตภัณฑ์ใหม่เข้าสู่ตลาด อย่างไรก็ตาม การขยายแบนด์วิดท์ต่อจากสี่คลื่นยังคงต้องอาศัยการลงทุนใน การผลิต laser array ที่มีคุณภาพสูงและการพัฒนากระบวนการ heterogeneous integration ให้พร้อมสำหรับปริมาณการผลิตระดับอุตสาหกรรม

หากอุตสาหกรรมสามารถบรรลุการผลิตที่สเกลได้อย่างมั่นคง การเพิ่มจำนวนคลื่นจาก 4 8 16 จะทำให้ศักยภาพของ AI datacenter เพิ่มขึ้นเป็นหลายเท่าโดยไม่ต้องเพิ่มค่าใช้จ่ายด้านไฟเบอร์หรือพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจเป็นก้าวสำคัญในการทำให้ AI ที่ต้องการประมวลผลระดับ exascale เป็นไปได้ในระยะเวลาอันใกล้

Summary

OCI MSA กำหนดมาตรฐานพื้นฐานสำหรับเครือข่ายออปติค AI ด้วยการใช้ NRZ‑50 Gbps สี่คลื่นต่อไฟเบอร์ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญ แต่การสเกลแบนด์วิดท์ต่อจากจุดนี้ต้องอาศัยการพัฒนาการผลิต laser array ผ่านเทคโนโลยี heterogeneous integration อย่างต่อเนื่อง การเพิ่มจำนวนคลื่นเป็นวิธีที่คุ้มค่าและเป็นหัวใจของการเติบโตของ AI datacenter ในอนาคต.