Quando se trata de rede totalmente fotônica, a proposta para os operadores de data center é atraente.

"Não há comutadores elétricos de pacotes", diz James Regan sobre a nova arquitetura baseada em luz desenvolvida por sua empresa, Oriole Networks. "Então, todos os interruptores e transceptores que os conectam, toda essa hierarquia se foi. Cada servidor fala diretamente com todos os outros servidores, sem nada no meio".

Não é difícil ver os benefícios de velocidade e eficiência que a remoção de tantos componentes do que é uma parte notoriamente ineficiente do data center pode trazer.

Talvez seja por isso que mais e mais empresas estão procurando desenvolver sistemas de rede fotônica para infraestrutura digital. Mas se a tecnologia está pronta para substituir as arquiteturas de rede tradicionais é outra questão.

Fótons na sala de dados

A movimentação de informações em um data center geralmente depende muito de comutadores de pacotes, que convertem dados digitais armazenados em servidores para que possam ser transmitidos como sinais elétricos por meio de cabo de cobre ou fibra.

Esse processo de comutação requer muitos chips, que usam muita energia e geram quantidades significativas de calor. Também é ineficiente, com os dados muitas vezes tendo que saltar entre vários servidores antes de chegarem ao seu destino.

E com a quantidade de informações que fluem pelos data centers aumentando exponencialmente, graças ao crescimento da popularidade dos sistemas de IA, a mudança se tornou um ponto de pressão para muitas empresas.

O uso da fotônica é visto como uma maneira potencial de aliviar isso. Ao transmitir informações usando fótons, os fornecedores dizem que podem obter grandes ganhos de eficiência e desempenho. O uso de fotônica em data centers não é novo – a DCD traçou o perfil do Mission Apollo do Google, que viu interruptores ópticos introduzidos nos data centers do gigante das buscas, em 2023 – mas o interesse na tecnologia aumentou nos últimos meses, com vários fornecedores levantando fundos para desenvolver seus próprios sabores particulares de fotônica.

A Oriole Networks, que surgiu da University College London (UCL) do Reino Unido em 2023, tem talvez a maior visão fotônica de todas. Ela quer substituir toda a pilha de rede do data center pela tecnologia fotônica. Além do novo kit de rede, isso envolveria software especializado e um hub de hardware para controlar para onde as informações são enviadas.

O sistema é "baseado em 20 anos de pesquisa do professor George Zervas e sua equipe", explica Regan. O professor Zervas é professor de sistemas ópticos em rede na UCL e é um dos cofundadores da Oriole. O sistema que ele projetou "não é sobre widgets ou uma tecnologia específica", diz Regan. "É todo um conjunto de tecnologias interligadas, todas patenteadas, que juntas formam nossa solução".

Regan, um veterano da indústria fotônica que foi contratado pelos fundadores da Oriole para ajudar a dar vida à sua visão, acredita que essa abordagem radical para redesenhar as redes de data center é necessária para cumprir a promessa da fotônica.

"Se você deseja obter os benefícios reais, precisa se livrar completamente da comutação eletrônica de pacotes", argumenta ele. "O Google introduziu seus switches em vários de seus data centers - eles são muito lentos, mas permitem reconfigurar uma rede com base nas demandas e ficam ao lado da comutação eletrônica de pacotes”.

"O que estamos fazendo é muito mais fundamental do que isso, porque foi projetado para gerenciar os fluxos de dados de servidor para servidor de maneira arbitrária, sem desacelerá-lo".

Por causa disso, a Oriole está divulgando alguns grandes benefícios, em termos de eficiência, mas também quando se trata do tempo necessário para treinar modelos de IA.

"Quando você está treinando ou executando um grande modelo de linguagem, você está indo para trás e para frente entre GPUs o tempo todo", diz Regan. "Isso não é muito eficiente porque na maioria das vezes as GPUs estão paradas esperando a rede responder".

O uso de fotônica pode reduzir o tempo de espera, afirma a Oriole, com GPUs capazes de interagir entre si. Não apenas isso, mas muitas outras interações podem ocorrer simultaneamente, acelerando ainda mais o processo. Isso também pode levar a uma queda no uso de energia do processo de troca, pois, com as GPUs disponíveis mais tempo para realizar mais tarefas, seu consumo de energia pode aumentar, negando pelo menos parte dessa economia.

"O consumo de energia é muito menor porque estamos removendo todos esses interruptores, e isso é muito silício", afirma Regan.

Até agora, parece que os investidores estão convencidos pela visão da Oriole. A empresa levantou 32 milhões de dólares (178 milhões de reais) em duas rodadas de financiamento em 2024, fornecendo-lhe o dinheiro necessário para levar sua tecnologia ao mercado.

Barreiras fotônicas

A Oriole está longe de ser a única empresa que imagina um futuro fotônico para redes de data center.

A Lightmatter, com sede nos EUA, levantou 400 milhões de dólares (2,2 bilhões de reais) em dezembro de 2024 em uma rodada que avaliou a empresa em 4,4 bilhões de dólares (24,4 bilhões de reais). Está comercializando duas linhas de produtos fotônicos, uma das quais, a Passage, é uma interconexão que pega matrizes de processadores e as conecta usando uma rede óptica programável no chip. Isso assume a forma de uma placa, na qual os chips são montados, permitindo que eles façam transferências de dados fotônicos.

A Lightmatter espera que seu financiamento mais recente ajude a preparar o Passage para implementação em massa em data centers parceiros. Em outros lugares, a Xscape Photonics levantou 44 milhões de dólares (244 milhões de reais) em uma rodada de financiamento em outubro de 2024 para desenvolver sua plataforma ChromX.

Embora a confiança dos investidores em torno da fotônica seja alta, a tecnologia ainda pode estar longe de se tornar uma realidade comercial. Em uma nota de pesquisa de novembro de 2023, o analista de nuvem e data center da Omdia, Aaron Lewis, descreveu a computação fotônica como "um fenômeno tecnológico empolgante", mas que tem um "conjunto de limitações que os desenvolvedores de tecnologia devem superar para que valha a pena para os data centers implementá-los".

Essas desvantagens incluem "preocupações com complexidade, custo e compatibilidade", disse Lewis, acrescentando: "Com mais pesquisa e desenvolvimento, pode haver possibilidades de componentes fotônicos substituírem a eletrônica no futuro; no entanto, por enquanto, os componentes elétricos continuam sendo o status quo”.

Para a Oriole Networks, o desafio será convencer as operadoras a eliminar configurações de rede testadas e comprovadas em favor de algo completamente novo.

Regan está confiante de que os benefícios superarão os riscos e diz: "Você pode fazer isso um pouco de cada vez. Você pode construir um rack ou um cluster e executar ethernet em nossa rede fotônica, e ele realmente se conectará a uma rede ethernet, o que significa que você pode experimentar nosso sistema, se acostumar gradualmente com ele e depois atualizar”.

Envolvido com fotônica desde a década de 1980 e fundando anteriormente duas outras empresas que operam no espaço, Regan descreve o progresso nos últimos anos como "incompreensível". Ele diz: "A fibra óptica já está no data center e agora estamos indo para o próximo nível, retirando os interruptores elétricos que ficam entre os tubos de luz. Uma vez que você pode manter mais dados no domínio óptico, é muito mais fácil manipulá-los”.

"Reunimos uma equipe muito forte, engenheiros experientes que trabalham com esse tipo de coisa há 20 ou 30 anos, eles sabem como fazer isso. Agora queremos nos mover na velocidade de um trem expresso para construir nosso produto e lançá-lo para resolver esse problema".