AI के लिए ऑप्टिकल नेटवर्किंग: GPU इंटरकनेक्ट के लिए 400ZR और कोहेरेंट ऑप्टिक्स

8 दिसंबर, 2025 को अपडेट किया गया

दिसंबर 2025 अपडेट: Cisco, Ciena और Infinera सहित कई विक्रेताओं से 800G कोहेरेंट ऑप्टिक्स (800ZR+) अब शिपिंग हो रहे हैं। 51.2T स्विच क्षमता पर को-पैकेज्ड ऑप्टिक्स (CPO) प्रदर्शन। DSP-आधारित समाधानों की तुलना में लीनियर-ड्राइव प्लगेबल ऑप्टिक्स 40% कम पावर खपत। NVIDIA का NVLink-C2C GB200 NVL72 रैक में चिप-टू-चिप ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट के लिए सिलिकॉन फोटोनिक्स का उपयोग कर रहा है। AI डेटा सेंटर ऑप्टिकल मार्केट 2028 तक $8.2B तक पहुंचने का अनुमान है, जो प्रति लिंक 400G+ की आवश्यकता वाले रैक-स्केल GPU इंटरकनेक्ट्स द्वारा संचालित है।

Google का TPU v5p सुपरकंप्यूटर ऑप्टिकल सर्किट स्विच का उपयोग करके 8,960 चिप्स को इंटरकनेक्ट करके 8.5 एक्साफ्लॉप्स की कंप्यूट पावर प्राप्त करता है जो 10 नैनोसेकंड से कम स्विचिंग समय के साथ 4 पेटाबिट्स प्रति सेकंड की एग्रीगेट बैंडविड्थ प्रदान करते हैं, जिससे डायनामिक टोपोलॉजी रीकॉन्फ़िगरेशन सक्षम होता है जो पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग की तुलना में ट्रेनिंग स्पीड को 2.7x बेहतर बनाता है।¹ इस सर्च दिग्गज का ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट इलेक्ट्रॉनिक स्विच के लिए 35 वाट की तुलना में प्रति 100Gbps लिंक केवल 5 वाट खपत करता है—7x पावर एफिशिएंसी लाभ जो उनके AI इंफ्रास्ट्रक्चर में सालाना बिजली लागत में $24 मिलियन बचाता है। पारंपरिक कॉपर केबल 400Gbps कनेक्शन के लिए 3 मीटर पर भौतिक सीमाओं तक पहुंच जाते हैं, जो डेटा सेंटरों को ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स अपनाने के लिए मजबूर करते हैं जो 2 किलोमीटर तक सिग्नल इंटीग्रिटी बनाए रखते हैं और डिस्ट्रीब्यूटेड ट्रेनिंग के दौरान ग्रेडिएंट कैलकुलेशन को करप्ट करने वाले इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस को खत्म करते हैं। AI के लिए ऑप्टिकल नेटवर्किंग डिप्लॉय करने वाले संगठन केबलिंग जटिलता में 50% कमी, 85% कम लेटेंसी वेरिएंस, और विशिष्ट मॉडल आर्किटेक्चर से मेल खाने के लिए नेटवर्क टोपोलॉजी को डायनामिक रूप से रीकॉन्फ़िगर करने की क्षमता की रिपोर्ट करते हैं।²

AI मॉडल पैरामीटर्स की विस्फोटक वृद्धि—GPT-3 के 175 बिलियन से GPT-4 के अनुमानित 1.7 ट्रिलियन तक—नेटवर्क बैंडविड्थ की मांग करती है जो हर 6 महीने में दोगुनी हो जाती है, जो कंप्यूट में मूर के नियम के सुधारों से कहीं आगे है।³ लंबी दूरी के दूरसंचार से उधार ली गई कोहेरेंट ऑप्टिकल तकनीक अब 400ZR ट्रांसीवर्स के साथ डेटा सेंटरों के अंदर दिखाई देती है जो पारंपरिक ऑप्टिक्स के लिए $12 की तुलना में $4 प्रति गीगाबिट पर सिंगल-मोड फाइबर पर 400Gbps डिलीवर करती है। सिलिकॉन फोटोनिक्स ऑप्टिकल कंपोनेंट्स को सीधे GPU पर इंटीग्रेट करने का वादा करता है, इलेक्ट्रिकल-टू-ऑप्टिकल कनवर्जन को खत्म करता है जो वर्तमान में नेटवर्किंग पावर बजट का 30% खपत करता है। AI इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स में महारत हासिल करने वाले संगठन बेहतर बैंडविड्थ डेंसिटी, कम पावर खपत, और नेटवर्क फ्लेक्सिबिलिटी के माध्यम से स्थायी लाभ प्राप्त करते हैं जो कॉपर-आधारित आर्किटेक्चर के साथ असंभव है।

डेटा सेंटरों के लिए कोहेरेंट ऑप्टिक्स की मूल बातें

कोहेरेंट ऑप्टिकल तकनीक प्रकाश तरंगों के आयाम और चरण दोनों में जानकारी एन्कोड करके डेटा सेंटर नेटवर्किंग में क्रांति ला रही है:

कोहेरेंट डिटेक्शन सिद्धांत: पारंपरिक डायरेक्ट डिटेक्शन केवल प्रकाश की तीव्रता मापता है, प्रति वेवलेंथ अधिकतम 100Gbps प्राप्त करता है। कोहेरेंट डिटेक्शन आयाम, चरण और पोलराइजेशन जानकारी कैप्चर करता है, 16-QAM मॉड्यूलेशन का उपयोग करके प्रति वेवलेंथ 800Gbps सक्षम करता है।⁴ डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर रीयल-टाइम में क्रोमैटिक डिस्पर्शन और पोलराइजेशन मोड डिस्पर्शन की भरपाई करते हैं। कोहेरेंट रिसीवर्स डायरेक्ट डिटेक्शन से 20dB बेहतर सेंसिटिविटी प्राप्त करते हैं, एम्प्लीफिकेशन के बिना रेंज को 10km से 120km तक बढ़ाते हैं।

400ZR स्टैंडर्ड इम्प्लीमेंटेशन: OIF 400ZR स्पेसिफिकेशन डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट के लिए ऑप्टिमाइज्ड इंटरऑपरेबल 400Gbps कोहेरेंट इंटरफेस को परिभाषित करता है।⁵ 16-QAM मॉड्यूलेशन ड्यूअल पोलराइजेशन में प्रति सिंबल 4 बिट एन्कोड करता है। कॉनकैटनेटेड फॉरवर्ड एरर करेक्शन 10^-15 बिट एरर रेट प्राप्त करता है। QSFP-DD फॉर्म फैक्टर मौजूदा इंफ्रास्ट्रक्चर के साथ बैकवर्ड कम्पैटिबिलिटी बनाए रखता है। पावर खपत 15 वाट से कम रहती है जो हाई-डेंसिटी डिप्लॉयमेंट सक्षम करती है।

सिलिकॉन फोटोनिक्स इंटीग्रेशन: Intel के सिलिकॉन फोटोनिक्स ट्रांसीवर्स सिंगल चिप्स पर लेजर, मॉड्यूलेटर और डिटेक्टर इंटीग्रेट करते हैं।⁶ CMOS मैन्युफैक्चरिंग प्रोसेस डिस्क्रीट कंपोनेंट्स की तुलना में लागत 90% कम करती है। सिलिकॉन में एच्ड वेवगाइड्स 0.1dB/cm लॉस के साथ ऑप्टिकल सिग्नल रूट करते हैं। माइक्रो-रिंग रेजोनेटर्स चिप पर वेवलेंथ-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग सक्षम करते हैं। मोनोलिथिक इंटीग्रेशन 80% ऑप्टिकल कनेक्शन को खत्म करता है जो रिलायबिलिटी समस्याएं पैदा करते हैं।

AI वर्कलोड के लिए कोहेरेंट ऑप्टिक्स के फायदे: - डायरेक्ट डिटेक्शन की तुलना में प्रति फाइबर 8x बैंडविड्थ - एम्प्लीफिकेशन स्टेशनों के बिना 100km रेंज - ऑप्टिकल इम्पेयरमेंट्स के लिए डिजिटल कम्पेंसेशन - दूरी की आवश्यकताओं के अनुसार फ्लेक्सिबल मॉड्यूलेशन - डायनामिक रूटिंग सक्षम करने वाली वेवलेंथ ट्यूनेबिलिटी - डेटा इंटीग्रिटी सुनिश्चित करने वाला फॉरवर्ड एरर करेक्शन

नेटवर्क आर्किटेक्चर पैटर्न

AI के लिए ऑप्टिकल नेटवर्क बैंडविड्थ और फ्लेक्सिबिलिटी के लिए ऑप्टिमाइज करते हुए विशिष्ट आर्किटेक्चरल पैटर्न का पालन करते हैं:

स्पाइन-लीफ ऑप्टिकल फैब्रिक: ऑल-ऑप्टिकल स्पाइन-लीफ आर्किटेक्चर डेटा पाथ में इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग को खत्म करता है। लीफ स्विच 400ZR ट्रांसीवर्स का उपयोग करके GPU सर्वर से कनेक्ट होते हैं। स्पाइन लेयर स्पेसिफिक लैम्ब्डा रूट करने वाले वेवलेंथ-सेलेक्टिव स्विच का उपयोग करती है। प्रत्येक स्पाइन-लीफ लिंक 400Gbps पर 32 वेवलेंथ कैरी करता है जो कुल 12.8Tbps होता है। ऑप्टिकल एम्प्लीफायर ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल कनवर्जन के बिना सिग्नल बूस्ट करते हैं। GPU के बीच ईस्ट-वेस्ट ट्रैफिक पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग को बायपास करता है।

ऑप्टिकल सर्किट स्विचिंग: Google का Jupiter नेटवर्क बल्क डेटा ट्रांसफर के लिए ऑप्टिकल सर्किट स्विच का उपयोग करता है।⁷ सेंट्रलाइज्ड SDN कंट्रोलर ट्रैफिक डिमांड के आधार पर ऑप्टिकल पाथ प्रोग्राम करता है। पैकेट स्विचिंग के लिए 500 नैनोसेकंड की तुलना में सर्किट एस्टाब्लिशमेंट 10 नैनोसेकंड लेता है। डेडिकेटेड ऑप्टिकल पाथ क्यूइंग और कंजेशन को खत्म करते हैं। ट्रेनिंग जॉब्स कंसिस्टेंट परफॉर्मेंस गारंटी करते हुए बैंडविड्थ रिजर्व करते हैं। डायनामिक रीकॉन्फ़िगरेशन बदलते ट्रैफिक पैटर्न के अनुकूल होता है।

डिसएग्रीगेटेड ऑप्टिकल नेटवर्क: पैकेट प्रोसेसिंग फंक्शन से ऑप्टिकल ट्रांसपोर्ट अलग करें। ऑप्टिकल ट्रांसपोर्ट पॉइंट-टू-पॉइंट वेवलेंथ प्रदान करता है। पैकेट प्रोसेसिंग केवल नेटवर्क एज पर होती है। डेटा पाथ से 60% नेटवर्क इक्विपमेंट खत्म करता है। लेटेंसी 5 माइक्रोसेकंड से 200 नैनोसेकंड तक कम करता है। ऑप्टिकल और पैकेट लेयर्स की इंडिपेंडेंट स्केलिंग के माध्यम से ऑपरेशंस सिंपलीफाई करता है।

फोटोनिक क्लोस नेटवर्क: क्लोस नेटवर्क से प्रेरित मल्टी-स्टेज ऑप्टिकल स्विचिंग फैब्रिक। सिलिकॉन फोटोनिक स्विच नॉन-ब्लॉकिंग कनेक्टिविटी प्रदान करते हैं। अरेड वेवगाइड ग्रेटिंग्स बिना पावर खपत के वेवलेंथ रूट करते हैं। थ्री-स्टेज आर्किटेक्चर के साथ 100,000 पोर्ट्स तक स्केल करता है। सब-नैनोसेकंड स्विचिंग फाइन-ग्रेन्ड ट्रैफिक इंजीनियरिंग सक्षम करती है। मल्टीपल ऑप्टिकल पाथ के माध्यम से फॉल्ट टॉलरेंस।

इम्प्लीमेंटेशन बेस्ट प्रैक्टिसेज

सफल ऑप्टिकल नेटवर्क डिप्लॉयमेंट स्थापित प्रथाओं का पालन करते हैं:

फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर प्लानिंग: सिंगल-मोड फाइबर कोहेरेंट ऑप्टिक्स के साथ 120km तक की दूरी सपोर्ट करता है। OS2 ग्रेड फाइबर स्पेसिफिकेशन <0.4dB/km एटेन्यूएशन सुनिश्चित करते हैं। 15mm का न्यूनतम बेंड रेडियस माइक्रोबेंडिंग लॉस रोकता है। कलर-कोडिंग और लेबलिंग सिस्टम मिसकनेक्शन रोकते हैं। OTDR का उपयोग करके फाइबर कैरेक्टराइजेशन डिप्लॉयमेंट से पहले इम्पेयरमेंट्स पहचानता है। भविष्य के विस्तार के लिए 20% स्पेयर फाइबर क्षमता बनाए रखें।

ऑप्टिकल पावर मैनेजमेंट: -10dBm और +5dBm के बीच लॉन्च पावर नॉनलीनियर इफेक्ट्स रोकता है। ऑप्टिकल एम्प्लीफायर वेवलेंथ स्पेक्ट्रम में कंसिस्टेंट पावर बनाए रखते हैं। वेरिएबल ऑप्टिकल एटेन्यूएटर्स पैरेलल पाथ में पावर बैलेंस करते हैं। प्रत्येक कनेक्शन पॉइंट पर पावर मॉनिटर ट्रबलशूटिंग सक्षम करते हैं। ऑटोमैटिक पावर कंट्रोल कंपोनेंट एजिंग की भरपाई करता है। सेफ्टी प्रोटोकॉल इनविजिबल इंफ्रारेड लाइट से आंखों की क्षति रोकते हैं।

वेवलेंथ प्लानिंग और मैनेजमेंट: ITU-T ग्रिड इंटरफेरेंस से बचते हुए स्टैंडर्ड वेवलेंथ चैनल परिभाषित करता है। DWDM सिस्टम C-band (1530-1565nm) में 96 चैनल सपोर्ट करते हैं। वेवलेंथ असाइनमेंट एल्गोरिदम कंटेंशन रोकते हैं। चैनलों के बीच गार्ड बैंड क्रॉसटॉक कम करते हैं। वेवलेंथ लॉकर 2.5GHz के भीतर फ्रीक्वेंसी स्टेबिलिटी बनाए रखते हैं। वेवलेंथ कनवर्जन फ्लेक्सिबल रूटिंग सक्षम करता है।

टेस्टिंग और वैलिडेशन: बिट एरर रेट टेस्टर प्रोडक्शन से पहले लिंक परफॉर्मेंस वेरिफाई करते हैं। ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम एनालाइजर सिग्नल क्वालिटी और OSNR मापते हैं। पोलराइजेशन मोड डिस्पर्शन टेस्टिंग लॉन्ग-टर्म स्टेबिलिटी सुनिश्चित करती है। आई डायग्राम एनालिसिस सिग्नल इंटीग्रिटी कन्फर्म करता है। लूपबैक टेस्टिंग स्पेसिफिक सेगमेंट में प्रॉब्लम आइसोलेट करती है। कंटीन्यूअस मॉनिटरिंग फेलियर से पहले डिग्रेडेशन डिटेक्ट करती है।

Introl हमारे ग्लोबल कवरेज एरिया में AI इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए ऑप्टिकल नेटवर्किंग सॉल्यूशंस डिजाइन और डिप्लॉय करता है, GPU इंटरकनेक्ट्स के लिए कोहेरेंट ऑप्टिक्स और सिलिकॉन फोटोनिक्स में विशेषज्ञता के साथ।⁸ हमारी ऑप्टिकल इंजीनियरिंग टीमों ने एडवांस्ड फोटोनिक टेक्नोलॉजीज का उपयोग करके 200 से अधिक हाई-बैंडविड्थ AI क्लस्टर इम्प्लीमेंट किए हैं।

सिलिकॉन फोटोनिक्स क्रांति

सिलिकॉन फोटोनिक्स ऑप्टिकल कंपोनेंट्स को प्रोसेसर के समान चिप्स पर लाता है:

को-पैकेज्ड ऑप्टिक्स: NVIDIA का NVLink 2 मीटर तक रेंज सीमित करने वाले कॉपर केबल का उपयोग करता है। को-पैकेज्ड ऑप्टिक्स ट्रांसीवर्स को GPU डाई से मिलीमीटर दूर रखता है। प्रति 100Gbps 10 वाट खपत करने वाले सीरियलाइजर/डीसीरियलाइजर को खत्म करता है। लेटेंसी 100 नैनोसेकंड से 10 नैनोसेकंड तक कम करता है। प्रति GPU पैकेज एज 1.6Tbps सक्षम करता है। Intel का OCP 2.0 51.2Tbps पर को-पैकेज्ड ऑप्टिक्स प्रदर्शित करता है।⁹

ऑल-ऑप्टिकल स्विच: फोटोनिक स्विच बिना कनवर्जन के ऑप्टिकल सिग्नल रूट करते हैं। MEMS मिरर 10 माइक्रोसेकंड में लाइट बीम रीडायरेक्ट करते हैं। सिलिकॉन फोटोनिक स्विच नैनोसेकंड रीकॉन्फ़िगरेशन प्राप्त करते हैं। स्टेडी स्टेट में जीरो पावर खपत। सिंगल चिप में 1000x1000 पोर्ट्स तक स्केल। इलेक्ट्रॉनिक स्विच की तुलना में 95% पावर खत्म करता है।

ऑप्टिकल कंप्यूट इंटरकनेक्ट्स: GPU और CPU के बीच PCIe को ऑप्टिकल लिंक से रिप्लेस करें। CXL ओवर ऑप्टिक्स मेमोरी कोहेरेंसी डोमेन को रैक स्केल तक एक्सटेंड करता है। कैश-कोहेरेंट ऑप्टिकल फैब्रिक 10,000 GPU क्लस्टर सक्षम करते हैं। ऑप्टिकल मेमोरी इंटरकनेक्ट्स 10TB/s बैंडविड्थ प्रदान करते हैं। HBM मेमोरी स्टैक से डायरेक्ट ऑप्टिकल अटैचमेंट। Lightmatter का Passage 100Tbps चिप-टू-चिप बैंडविड्थ प्रदर्शित करता है।¹⁰

क्वांटम डॉट लेजर: सिलिकॉन पर इंटीग्रेटेड क्वांटम डॉट लेजर लाइट सोर्स प्रदान करते हैं। टेम्परेचर-इंसेंसिटिव ऑपरेशन कूलिंग रिक्वायरमेंट्स खत्म करता है। 100,000 घंटे लाइफटाइम इलेक्ट्रॉनिक कंपोनेंट रिलायबिलिटी से अधिक है। लेजर के एरे मैसिव पैरेललिज्म सक्षम करते हैं। प्रति बिट 0.1 पिकोजूल की एनर्जी एफिशिएंसी। स्टैंडर्ड सेमीकंडक्टर प्रोसेस का उपयोग करके मास प्रोडक्शन।

रियल-वर्ल्ड ऑप्टिकल डिप्लॉयमेंट्स

Meta का AI रिसर्च सुपरक्लस्टर: - स्केल: 200Gbps ऑप्टिकल लिंक के साथ 16,000 A100 GPU - बैंडविड्थ: 13 पेटाबिट्स/सेकंड एग्रीगेट फैब्रिक बैंडविड्थ - आर्किटेक्चर: ऑप्टिकल स्पाइन लेयर के साथ थ्री-टियर क्लोस - टेक्नोलॉजी: इंटर-बिल्डिंग लिंक के लिए 400ZR कोहेरेंट ऑप्टिक्स - लेटेंसी: 2,000 फुट कैंपस में 1.5 माइक्रोसेकंड - रिजल्ट: पिछले इंफ्रास्ट्रक्चर की तुलना में 3x तेज मॉडल ट्रेनिंग

Microsoft Azure का प्रोजेक्ट सिरियस: - इनोवेशन: AI वर्कलोड के लिए ऑल-ऑप्टिकल स्विचिंग - परफॉर्मेंस: प्रति ऑप्टिकल स्विच 12.8Tbps - एफिशिएंसी: इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग की तुलना में 85% पावर कमी - स्केल: 100,000 GPU को ऑप्टिकली कनेक्ट करना - स्विचिंग: सब-माइक्रोसेकंड ऑप्टिकल सर्किट एस्टाब्लिशमेंट - इम्पैक्ट: ट्रेनिंग कॉस्ट में 40% कमी

Alibaba Cloud का ऑप्टिकल डेटा सेंटर: - डिप्लॉयमेंट: पूरी फैसिलिटी में 400G कोहेरेंट ऑप्टिक्स - रेंज: एम्प्लीफिकेशन के बिना 40km कैंपस कनेक्टिविटी - डेंसिटी: ऑप्टिकल स्विचिंग का उपयोग करके प्रति रैक 38.4Tbps - पावर: प्रति 100Gbps ऑप्टिकल लिंक 3 वाट - फ्लेक्सिबिलिटी: वर्कलोड के आधार पर डायनामिक वेवलेंथ रूटिंग - सेविंग्स: $15 मिलियन सालाना पावर कॉस्ट कमी

Oak Ridge नेशनल लेबोरेटरी का फ्रंटियर: - कंप्यूट: 37,000 AMD MI250X GPU - इंटरकनेक्ट: ऑप्टिकल लिंक के साथ स्लिंगशॉट फैब्रिक - बैंडविड्थ: प्रति नोड 100GB/s इंजेक्शन बैंडविड्थ - टोपोलॉजी: ऑप्टिकल ग्रुप कनेक्शन के साथ ड्रैगनफ्लाई+ - दूरी: 300 मीटर फैसिलिटी में ऑप्टिकल लिंक - अचीवमेंट: दुनिया का पहला एक्सास्केल सिस्टम

पावर एफिशिएंसी एनालिसिस

ऑप्टिकल नेटवर्किंग डेटा सेंटर पावर खपत को नाटकीय रूप से कम करती है:

लिंक पावर कम्पैरिजन (प्रति 100Gbps): - कॉपर DAC (3m): 35 वाट - एक्टिव ऑप्टिकल केबल (100m): 12 वाट - सिलिकॉन फोटोनिक्स (2km): 5 वाट - कोहेरेंट ऑप्टिक्स (40km): 3.5 वाट - भविष्य फोटोनिक्स: <1 वाट अनुमानित

सिस्टम-लेवल सेविंग्स: Facebook की फैब्रिक एग्रीगेशन लेयर 90% ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स का उपयोग करती है। ऑप्टिकल स्विचिंग के साथ पावर यूसेज इफेक्टिवनेस 1.4 से 1.15 तक सुधरती है। नेटवर्क इक्विपमेंट पावर 15% से 5% तक गिरती है