El crecimiento acelerado de las infraestructuras de inteligencia artificial está obligando a replantear el diseño de los sistemas de interconexión dentro de los centros de datos. A medida que aumenta la potencia de cálculo disponible, también lo hace la necesidad de mover grandes volúmenes de información entre procesadores, aceleradores y racks completos, lo que convierte el transporte de datos en un factor crítico tanto desde el punto de vista del rendimiento como del consumo energético.

ams OSRAM ha presentado nuevos avances en el desarrollo de interconexiones ópticas basadas en microLED, una tecnología que la compañía ya había industrializado previamente en el ámbito de la iluminación automotriz. El objetivo ahora es trasladar ese conocimiento al diseño de enlaces ópticos de corto alcance capaces de ofrecer altas velocidades de transmisión con un consumo energético significativamente menor.

El enfoque se inscribe dentro de la estrategia de Digital Photonics de la compañía, que combina fuentes de luz de estado sólido, integración con circuitos CMOS y arquitectura fotónica para desarrollar sistemas en los que la luz no solo cumple una función de iluminación, sino también de transmisión de información. La propuesta pretende responder a uno de los retos emergentes de la infraestructura de inteligencia artificial: la eficiencia energética de las interconexiones internas.

De la iluminación matricial a la comunicación óptica

El punto de partida de esta línea tecnológica se encuentra en EVIYOS™, una matriz microLED desarrollada originalmente para iluminación frontal en automoción. Este sistema fue el primero en industrializar una matriz de microemisores direccionables a gran escala, con más de 25.000 píxeles individuales integrados junto a un circuito CMOS de control en un encapsulado compacto. Cada uno de estos emisores tiene un tamaño aproximado equivalente a la mitad del grosor de un cabello humano.

La arquitectura EVIYOS permitió introducir en vehículos funciones avanzadas de iluminación adaptativa de alta resolución, donde cada píxel puede controlarse individualmente para modular el haz de luz. Este desarrollo fue reconocido con el Premio Alemán del Futuro bajo el concepto de “Digital Light”, reflejando la convergencia entre electrónica y fotónica que caracteriza a esta tecnología.

El nuevo desarrollo para interconexiones ópticas aprovecha los mismos principios de fabricación de microemisores, aunque con una configuración diferente. Mientras que en las aplicaciones automotrices los emisores se integran en una matriz monolítica, las aplicaciones para centros de datos utilizan microLED individuales separados a partir de la oblea. Estos emisores se montan posteriormente sobre un sustrato que permite su acoplamiento directo con canales de fibra óptica en cables multicanal.

El resultado es una arquitectura de transmisión óptica altamente paralela, donde cada microLED puede actuar como fuente independiente para un canal de comunicación. Este enfoque permite crear módulos de entrada y salida óptica muy compactos con una elevada densidad de ancho de banda. La integración posterior con circuitos CMOS facilita la construcción de sistemas de transmisión y recepción adaptados a la electrónica de los servidores y aceleradores de IA.

Arquitecturas paralelas de baja potencia para centros de datos

Las características técnicas de los prototipos presentados apuntan a su uso en enlaces ópticos de corto alcance dentro de centros de datos. Las matrices microLED desarrolladas por ams OSRAM alcanzan frecuencias de corte superiores a 1 GHz y consumos energéticos inferiores a 2 picojulios por bit transmitido. 

Cada emisor es capaz de transmitir datos a velocidades de aproximadamente 3 Gbit/s por canal en enlaces de hasta diez metros, manteniendo tasas de error de bit inferiores a 10⁻¹⁵, un nivel de fiabilidad exigido en infraestructuras de centros de datos. En lugar de concentrar la transmisión en unos pocos enlaces extremadamente rápidos, el sistema se basa en un elevado número de canales paralelos que operan a velocidades moderadas.

Este modelo, conocido como arquitectura slow-and-wide, ofrece varias ventajas frente a los sistemas tradicionales basados en transmisores láser de alta frecuencia. Al distribuir la carga de transmisión entre múltiples canales, se reduce la complejidad electrónica asociada a los procesos de serialización y deserialización de datos. Además, el consumo energético por bit transmitido es menor, lo que contribuye a disminuir la generación de calor y facilita la gestión térmica de los centros de datos.

La estructura paralela también permite introducir redundancia en los enlaces. Si uno de los emisores deja de funcionar, el sistema puede mantener la comunicación a través de otros canales disponibles, lo que mejora la robustez operativa. Este tipo de tolerancia a fallos es especialmente relevante en infraestructuras de inteligencia artificial, donde la disponibilidad del sistema es crítica.

El reducido tamaño de los microLED constituye otro factor clave. Su pequeña huella física permite aumentar la densidad de canales en los módulos ópticos, lo que abre la posibilidad de desarrollar interconexiones con un alto ancho de banda agregado en dispositivos compactos. Esto resulta especialmente útil en entornos de computación de alto rendimiento, donde la proximidad física entre aceleradores y módulos de memoria exige soluciones de interconexión extremadamente densas.

Aunque la tecnología se encuentra todavía en una fase de prototipo, su evolución podría influir en el diseño futuro de los sistemas de interconexión dentro de centros de datos dedicados a inteligencia artificial. La creciente importancia del consumo energético asociado al movimiento de datos está impulsando la búsqueda de alternativas más eficientes a las soluciones ópticas convencionales. Es por ello, que las arquitecturas paralelas basadas en microLED representan una vía tecnológica que combina alta velocidad, eficiencia energética y elevada densidad de integración.

Imágenes: ams OSRAM