Microsoft durchbricht AI-Netzwerkbarriere mit MOSAIC Optik-Technologie

Revolutionäre MicroLED-Technologie löst AI-Infrastruktur-Engpässe

Microsoft Research hat eine bahnbrechende optische Netzwerktechnologie namens MOSAIC enthüllt, die kritische Engpässe in der AI-Infrastruktur überwinden soll. Die Innovation adressiert das, was Forscher als "Netzwerkwand" bezeichnen - eine fundamentale Begrenzung, bei der Speicher- und Netzwerkeinschränkungen die GPU-Auslastung und Gesamteffizienz trotz massiver Investitionen in AI-Hardware reduzieren.

Die Kernherausforderung: Kupfer vs Optische Kompromisse

Traditionelle Rechenzentren stehen vor einer unmöglichen Wahl zwischen Kupfer- und optischer Verkabelung. Kupferverbindungen bieten Energieeffizienz und Zuverlässigkeit, sind aber auf sehr kurze Distanzen unter 2 Meter beschränkt, was sie auf einzelne GPU-Racks beschränkt. Optische Fasern können Dutzende von Metern erreichen, verbrauchen aber deutlich mehr Strom und fallen bis zu 100 Mal häufiger aus als Kupfer.

"Speicher- und Netzwerkengpässe schränken zunehmend die Leistung von AI-Systemen ein, indem sie die GPU-Auslastung und Gesamteffizienz reduzieren," erklärt Paolo Costa, Partner Research Manager bei Microsoft Research und Hauptautor des MOSAIC-Projekts.

MOSAIC: Durchbruch mit Breit-und-Langsam-Architektur

Die MOSAIC-Lösung nutzt eine neuartige "breit-und-langsam"-Architektur, die Hunderte von parallelen Niedriggeschwindigkeitskanälen mit MicroLED-Technologie verwendet, die ursprünglich für Bildschirmanzeigen entwickelt wurde. Dieser Ansatz stellt einen radikalen Bruch mit aktuellen "schmal-und-schnell"-Architekturen dar, die wenige Hochgeschwindigkeitskanäle verwenden.

MicroLEDs, die nur wenige Mikrometer messen, können mit mehreren Gbps moduliert und in großen Arrays hergestellt werden. Eine 800 Gbps MOSAIC-Verbindung verwendet ein 20×20 MicroLED-Array, das in weniger als 1 mm×1 mm Siliziumchip passt. Die Technologie bietet vier Hauptvorteile: verbesserte Energieeffizienz, erweiterte Reichweite bis zu 50 Meter, erhöhte Zuverlässigkeit und einfache Skalierbarkeit.

Massive Energieeinsparungen und Zuverlässigkeitsverbesserungen

Laut Microsoft-Schätzungen kann MOSAIC bis zu 68% an Strom einsparen - mehr als 10W pro Kabel - während die Ausfallraten um bis zu 100 Mal reduziert werden. Bei weltweiten jährlichen Auslieferungen von optischen Kabeln in Höhe von zig Millionen bedeutet dies über 100MW Stromersparnis pro Jahr, genug um mehr als 300.000 Haushalte zu versorgen.

Die Technologie ist vollständig kompatibel mit heutigen steckbaren Transceivern und bietet einen Drop-in-Ersatz für bestehende Kupfer- und optische Kabel ohne Infrastrukturänderungen. Sie ist auch protokollagnostisch und funktioniert mit Ethernet-, PCIe- und CXL-Protokollen.

Zukünftige Auswirkungen auf die AI-Infrastruktur

MOSAICs Kombination aus niedrigem Stromverbrauch, reduzierten Kosten, hoher Zuverlässigkeit und großer Reichweite eröffnet neue Möglichkeiten für das AI-Infrastrukturdesign. Es ermöglicht Multi-Rack-Scale-up-Domänen, neuartige Netzwerktopologien und könnte Ressourcen-Disaggregation und die Einführung neuer Speichertechnologien erleichtern.

Die Forschung, die den Best Paper Award bei ACM SIGCOMM 2025 erhielt, stellt eine mehrjährige Zusammenarbeit zwischen Microsoft Research, Azure und M365 Teams dar. Microsoft arbeitet derzeit mit Lieferanten zusammen, um die Technologie zu produktisieren und für die Massenproduktion zu skalieren.