Kremíková fotonika: Ako svetlo pomáha AI dátovým centrám a kde sú jej limity

Pri titulkoch o „čipoch na svetlo“ treba hneď na začiatku spresniť jednu vec: v dátových centrách sa dnes svetlom zatiaľ nepočíta, svetlom sa prenášajú dáta. Kremíková fotonika nahrádza elektrické spoje medzi čipmi optickými, čo môže znížiť spotrebu a zvýšiť priepustnosť. Nie je to však záchrana pred „fyzikálnym stropom“ umelej inteligencie, ale riešenie jednej konkrétnej prekážky.

Prečo sú elektrické spoje prekážkou

Veľké AI systémy prepájajú tisíce akcelerátorov, ktoré si medzi sebou neustále posielajú dáta. Pri vyšších rýchlostiach sa signál v medených vodičoch rýchlejšie zhoršuje so vzdialenosťou, preto sa musí obnovovať pomocou ďalších obvodov, ktoré spotrebúvajú energiu (toto je všeobecné vysvetlenie). Podľa prehľadového článku publikovaného na nature.com predstavuje sieťové prepojenie takmer 10 % celkovej spotreby výpočtového výkonu a tento podiel s rastúcimi rýchlosťami stúpa.

Širšie súvislosti dopĺňa IEA: spotreba elektriny v dátových centrách sa má do roku 2030 zdvojnásobiť. Úspory pri prepojení preto môžu pomôcť, no samy dopyt po energii nevyriešia.

Ako funguje kremíková fotonika

Ide o všeobecné vysvetlenie: elektrický signál sa v modulátore premení na svetelný, ten putuje optickým vlnovodom vytvoreným v kremíku a na druhej strane ho detektor premení späť na elektrický. Výhodou je, že súčiastky sa dajú vyrábať podobnými procesmi ako bežné čipy. Samotný laser sa však zvyčajne vyrába z iných materiálov než kremík a do systému sa pridáva ako samostatná časť.

Čo znamená „co-packaged optics“

Pri tradičných riešeniach sú optické moduly zasúvacie a od čipu ich oddeľuje dlhšia elektrická dráha. Pri tzv. co-packaged optics (CPO) sa optický modul umiestni priamo do jedného púzdra so sieťovým čipom. Elektrická dráha sa skráti na milimetre, a preto má klesnúť spotreba aj strata signálu. Výrobca NVIDIA uvádza, že jej riešenie má oproti zasúvacím modulom 3,5-krát vyššiu energetickú účinnosť, 10-krát vyššiu odolnosť siete a 1,3-krát rýchlejšie nasadenie. Ide o tvrdenia výrobcu, nie nezávislé merania.

Čo je už v prevádzke a čo zatiaľ nie

Podľa tlačovej správy analytickej firmy TrendForce z 27. júla 2026 začala NVIDIA dodávať svoj prepínač Spectrum-X s CPO vybraným partnerom a Broadcom pokračuje v obmedzených dodávkach prepínača Bailly (51,2 Tb/s). TrendForce to označuje za prechod k sériovej výrobe, no zároveň hovorí o malých objemoch. Broadcom pritom dodáva CPO riešenia zákazníkom už od roku 2024.

Prekážky a limity

• Výroba optických modulov. TrendForce uvádza ako hlavné úzke miesta výťažnosť optických modulov, kremíkových fotonických čipov a kapacitu pokročilého balenia čipov.
• Súťaž o kapacity. Balenie CPO sa podľa tej istej správy delí o výrobné kapacity s AI čipmi, čo obmedzuje rast dodávok.
• Nerovnomerné nasadzovanie. Autori článku na nature.com uvádzajú, že nasadenie fotonických technológií v dátových centrách postupuje nerovnomerne a že dôležitým cieľom ostáva aj spoľahlivosť systémov.
• Servis (moje vysvetlenie). Keď je optika súčasťou čipového púzdra, oprava poškodenej súčasti je zložitejšia než výmena zasúvacieho modulu. Zdroje, ktoré som našiel, túto otázku podrobne nerozoberajú.

Čo čakať ďalej

Podľa komentára z konferencie OFC 2026 mala NVIDIA ukázať plány použitia CPO aj pre prepojenie vo vnútri systémov (tzv. scale-up) v rokoch 2027 – 2028. Ide o názor autora komentára a výhľad výrobcu, nie o potvrdený produkt.

Záver

Kremíková fotonika rieši reálny problém: prenos dát medzi čipmi je energeticky náročný a medené spoje narážajú na limity. Optické prepojenie sa už dostáva do sériových prepínačov, no zatiaľ v malých objemoch a s výrobnými obmedzeniami. Zníženie spotreby sa týka siete, nie samotného výpočtu, preto nie je odpoveďou na celkový rast spotreby energie umelej inteligencie.