Empreendimento inovador introduz fotônica de silício para aumentar a capacidade dos centros de dados
A indústria de Inteligência Artificial (IA) enfrenta um desafio crescente relacionado à capacidade de comunicação entre chips de processamento, como GPUs, dentro dos data centers. As interconexões que permitem essa comunicação, conhecidas como interconnects, possuem uma largura de banda limitada que restringe o desempenho no treinamento de IA. De acordo com uma pesquisa realizada em 2022, a maioria dos desenvolvedores de IA é capaz de utilizar apenas 25% da capacidade de uma GPU, o que evidencia a necessidade urgente de soluções mais eficientes. Nesse contexto, a startup Xscape Photonics se destaca ao apresentar uma proposta inovadora focada no uso de fotônica de silício para resolver esses problemas de comunicação entre chips, oferecendo um potencial significativo para revolucionar a maneira como os dados são manipulados e transmitidos em ambientes de alta demanda.
Vivek Raghunathan, CEO e cofundador da Xscape, explica que a chave para essa inovação está nos interconectores de alta largura de banda, que são essenciais para otimizar o desempenho do treinamento de IA. “A Xscape criou uma plataforma que conecta diversos elementos computacionais de maneira sustentável, enquanto oferece o máximo desempenho possível”, declarou em uma entrevista. O diferencial dessa plataforma reside nos sistemas energeticamente eficientes e economicamente viáveis que ainda não estão disponíveis no mercado. Fundada em Santa Clara, no coração do Vale do Silício, a Xscape tem suas raízes em um laboratório da Universidade Columbia, onde uma equipe de três professores — Alexander Gaeta, Keren Bergman e Michal Lipson — desenvolveu uma técnica que poderia ser utilizada para transmitir terabytes de dados por luz. A empresa foi criada em 2022, quando os fundadores recrutaram Raghunathan e Yoshitomo Okawachi, um engenheiro de laser e colega de longa data de Gaeta.
Um dos principais problemas relacionados aos métodos tradicionais de interconexão é que eles são baseados em fios metálicos que transmitem dados por meio de sinais elétricos. Esses interconectores metálicos exigem uma quantidade significativa de energia e também geram uma grande quantidade de calor. Além disso, eles enfrentam limitações de banda devido à condutividade do meio. Em data centers que utilizam conexões de fibra óptica entre componentes, a conversão dos dados elétricos para ópticos e vice-versa introduz um atraso indesejado na comunicação. A abordagem da Xscape, por outro lado, utiliza fotônica de silício, uma tecnologia que consome pouca energia e produz calor insignificante, o que pode representar um avanço significativo para a indústria. Raghunathan enfatiza que, enquanto no passado a comunicação óptica era utilizada principalmente para sistemas de fibra óptica de longo alcance, os avanços recentes possibilitaram a integração da óptica no chip, trazendo a interface óptica do plano eletrônico para o plano óptico dentro do próprio chip.
O primeiro produto da Xscape é um laser programável desenvolvido para energizar interconexões ópticas de fibra em data centers, especialmente aquelas que conectam GPUs, chips de IA e hardware de memória. Este laser é capaz de utilizar diferentes cores de luz (ou seja, comprimentos de onda) para transmitir múltiplos fluxos de dados ao longo da mesma conexão sem que haja interferência entre eles. Raghunathan observa que “sistemas elétricos densamente aglomerados tendem a produzir crosstalk, interferência e outros desafios. No entanto, no domínio óptico, os dados podem ser modulados em diferentes cores, comprimentos de onda ou canais e todos podem co-propagar pelo mesmo fio ou fibra, sem se interferirem”. Caso a tecnologia funcione conforme o prometido, a Xscape enfrentará o mesmo desafio que a maioria das startups de hardware: fabricar e comercializar seus produtos em escala. No entanto, um possível diferencial em relação a rivais no campo da fotônica, como Ayar Labs e Celestial AI, é que os lasers da Xscape podem ser produzidos nas mesmas instalações que fabricam microeletrônicos para dispositivos como telefones celulares e laptops. A primeira geração de lasers é capaz de emitir entre 4 e 16 cores, mas a empresa já planeja versões aprimoradas que poderão emitir até 128 cores.
A Xscape relata que está “ativamente envolvida” com dez clientes em potencial para implementações futuras, abrangendo desde fornecedores até os chamados hyperscalers, e que garantiu financiamento da Cisco e Nvidia, cujos braços de investimento aportaram recursos em sua recente rodada de investimento Série A, que totalizou 44 milhões de dólares. Embora esses investimentos não sejam estratégicos, Raghunathan observa que a Cisco é um dos maiores vendedores de componentes de redes ópticas no mundo. “Isso reflete a confiança da Cisco e da Nvidia no valor que trazemos para esse ecossistema”, afirmou Raghunathan. A rodada de financiamento mais recente foi liderada pela IAG Capital Partners, elevando o total arrecadado pela empresa para 57 milhões de dólares. O executivo destaca que os recursos serão direcionados para expandir a equipe de 24 pessoas da Xscape e para escalar a fabricação de seus lasers e tecnologias fotônicas relacionadas. “Esse financiamento permitirá que a Xscape ultrapasse os limites de nossa plataforma e a integre com simulação, computação de alto desempenho e software de IA para ajudar clientes de todas as indústrias a levar suas inovações a novos patamares”, concluiu Raghunathan.
Entretanto, a Xscape certamente possui desafios consideráveis pela frente. Além de concorrer com empresas como Ayar e Celestial, a empresa também enfrenta a concorrência da Intel neste mercado multi-bilionário de fotônica de silício. A Intel afirma ter enviado mais de 8 bilhões de chips fotônicos e 3,2 milhões de lasers em chip desde 2016, o que sublinha a necessidade da Xscape de se destacar com suas inovações para garantir um lugar de destaque em um campo altamente competitivo.
