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【光学“黑科技”:趋势与创新】


为何“黑科技”将成为趋势?随着未来AI在各行业的广泛应用,算力的指数级增长成为必然,配套设备如果单靠增加硬件堆叠,例如继续堆叠芯片或服务器/堆叠光模块或者交换机,会面临物理限制、能耗增加等挑战,无法持续支撑算力大规模增长,因此新的技术突破势在必行,计算架构、芯片技术、算法优化、通信连接等方面均需要新技术创新来突破当前的瓶颈。在AI催化下,数据中心通信速率的高速迭代,硅光、CPO、OIO等技术,都是提高集成度,降低光通信的功耗与成本。


光学“黑科技”已经初具雏形,未来落地速度或超市场预期:

  • 硅光:将光通信与硅芯片结合在一起,通过在硅基片上集成光信号实现高速数据传输,具备高带宽、低延迟的特点,适合数据中心和AI应用的高传输需求,同时硅的工艺成熟(集成电路上大规模使用),硅材料价格便宜,集成度高,具备潜在的低成本优势,硅光模块正逐步实现商用,已有100G、400G、800G等产品应用于数据中心和电信网络,未来随着技术进一步成熟,硅光有望成为主流的数据传输技术。

  • CPO:是一种在数据中心光互连领域应用的光电共封装方案。CPO方案通过将光模块与交换芯片进行共封装,可以降低成本和功耗,长期来看CPO是实现高集成度、低功耗、低成本、小体积的最优封装方案之一。

  • OIO:即Optical I/O,是将光引擎直接封装至GPU上的技术路线,从数据中心光通信的演进来看,从当下的可插拔光模块、到集成度更高的硅光模块、再到集交换机与光模块一体的CPO交换机。

  • 光交换OCS:为解决传统电交换机功耗较高、存在一定通信延迟、通信协议异构、需要频繁升级换代的问题,谷歌应用了光路交换(Optical Circuit Switching,OCS)技术,OCS颠覆了传统电交换机的原理,服务器发出来的数据包无需经过光电转换,也就是无需“换乘交通工具”,极大降低了数据传输的延迟。

  • 光计算互联OCI:使用光信号进行芯片或系统之间数据传输的方案,具有低延迟、高带宽、低功耗的优点,解决了传统电互连的传输和能效瓶颈,适用于数据中心和高性能计算等对算力密度要求高的场景。

  • 铌酸锂:薄膜铌酸锂的工艺下,调制器长度短,信号衰减少,可以做高带宽。但是薄膜工艺复杂,产业成熟度尚低。

  • 片上光网络:是在芯片内部使用光信号传输数据的技术结构,集成了光波导和光检测器,实现高速、低延迟的模块间通信,相比电信号互连更高效,尤其适合多核处理和高性能计算应用,是未来芯片架构发展的重要方向。

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