Proprio come il passaggio dall'ADSL alla fibra ottica nelle nostre abitudini quotidiane, l'intelligenza artificiale sta vivendo oggi una trasformazione simile, ma all'interno delle sue stesse infrastrutture. Non sono più solo i chip a contare, ma ciò che li collega tra loro.

Quando la rete diventa il collo di bottiglia

Con l'ascesa dei modelli di IA, i volumi di dati da elaborare e scambiare esplodono. Questi flussi devono circolare sempre più rapidamente, con perdite minime e un consumo energetico controllato. Tuttavia, in molti casi, questi scambi si basano ancora su segnali elettrici che transitano in cavi di rame.

Ad altissima velocità, tipicamente tra 400 e 800 Gbits/s, questi segnali raggiungono i loro limiti. Si degradano, generano calore e finiscono per rallentare l'intero sistema. Il problema è ormai chiaramente identificato: la rete è diventata un collo di bottiglia, a volte persino più vincolante delle stesse GPU.

La fotonica su silicio, una risposta tecnologica chiave

Dinanzi a questo vincolo, si sta gradualmente imponendo una soluzione: sostituire i segnali elettrici con segnali luminosi. È il principio della fotonica su silicio, spesso indicata con l'acronimo SiPh.

Sulla carta l'idea è semplice: far circolare la luce al posto dell'elettricità per trasportare l'informazione. Nei fatti, i benefici sono considerevoli. I trasferimenti di dati diventano nettamente più veloci, le perdite di segnale si riducono e l'efficienza energetica migliora sensibilmente. Un punto cruciale in un'epoca in cui i data center mostrano livelli di consumo titanici.

Un'integrazione sempre più vicina ai processori

Oltre alla natura del segnale, la sfida risiede anche nel modo di integrare queste tecnologie attorno al processore, quello che viene chiamato packaging. Coesistono diversi approcci, in particolare le architetture CPO (Co-Packaged Optics) e NPO o OBO (Near-Packaged Optics / On-Board Optics).

Tutte perseguono un obiettivo comune: avvicinare il più possibile i componenti ottici ai processori. Riducendo la distanza tra calcolo e trasmissione, queste soluzioni limitano le perdite, diminuiscono il calore e migliorano le prestazioni globali dei sistemi.

Queste innovazioni delineano i contorni di un'informatica ad altissima velocità, più efficace e meglio adattata alle esigenze della moderna intelligenza artificiale.

Una filiera industriale già operativa

Questa trasformazione si accompagna a una mobilitazione massiccia degli attori tecnologici. Nvidia, in prima linea sull'IA, sta investendo pesantemente nella fotonica, sia internamente che tramite partnership strategiche con specialisti come Lumentum e Coherent, noti per le loro tecnologie laser.

Marvell si inserisce nella stessa dinamica con l'acquisizione di Celestial AI, un player interamente dedicato all'ottica per l'intelligenza artificiale. Dal canto suo, Intel produce già in volumi chip ottici 400G per i data center, mentre Cisco fornisce gran parte dei moduli ottici 800G utilizzati dagli hyperscaler.

Broadcom integra queste tecnologie nei suoi switch di rete, in particolare nella gamma Tomahawk, ampiamente distribuita nelle infrastrutture. Altri attori giocano un ruolo chiave nella catena del valore: GlobalFoundries produce chip fotonici per diverse aziende, mentre Ayar Labs sviluppa chiplet ottici come TeraPHY, in grado di essere integrati direttamente nei processori.

IBM contribuisce inoltre con componenti dedicati ai collegamenti ottici a breve distanza, essenziali nelle architetture CPO, mentre STMicroelectronics esplora applicazioni che arrivano fino ai sensori ottici per veicoli autonomi.

Anche l'Europa in corsa

Se i giganti americani dominano il panorama, diverse aziende europee riescono a distinguersi. STMicroelectronics sviluppa e industrializza piattaforme di fotonica su silicio per le interconnessioni ad alta velocità. Soitec fornisce i substrati indispensabili per questi circuiti, mentre Nokia progetta soluzioni ottiche coerenti che integrano queste tecnologie.

Verso una nuova corsa tecnologica

Dopo anni incentrati sulla potenza di calcolo, l'industria entra in una nuova fase. La competizione non si gioca più solo sulle prestazioni dei chip, ma sulla velocità e l'efficienza delle connessioni che li uniscono.