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硅光子學(xué)技術(shù)(Silicon Photonics Technology)已經(jīng)問(wèn)世超過(guò)十年，但其與數(shù)據(jù)中心的集成工作仍處于起步階段。這一技術(shù)所帶來(lái)的連通性優(yōu)勢(shì)是否值得期待?

Stephen J. Bigelow：硅光子學(xué)技術(shù)初見(jiàn)曙光是源于世紀(jì)之初英特爾的首次公布。該技術(shù)的目標(biāo)是在相同的硅器件上開(kāi)發(fā)集成光學(xué)和電子信號(hào)的組件，實(shí)現(xiàn)銅導(dǎo)線所難以企及的遠(yuǎn)距離的高帶寬數(shù)據(jù)通信。

讓我們更近一步了解硅光子學(xué)技術(shù)背后的基本理念，以及其可能為數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域所帶來(lái)的一些優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。

Q：硅光子學(xué)技術(shù)是什么以及它將如何影響數(shù)據(jù)中心?

硅器件是每臺(tái)處理器、芯片、ASIC以及內(nèi)存組件的基礎(chǔ)。同時(shí)，在光學(xué)設(shè)備中——內(nèi)置的組件攜帶的光的光子，而不是電子，兩者之間有很大的差別——它已成為支撐現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支柱，在全世界范圍、各個(gè)大陸以及建筑物之間提供高帶寬連接。

硅光子學(xué)技術(shù)使用現(xiàn)有的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)，在同一時(shí)間內(nèi)的同一個(gè)硅芯片上構(gòu)建晶體管和光學(xué)元件，而不是在不同的設(shè)備上單獨(dú)構(gòu)建電子和光子。硅光子制造的微型組件，需要直接將電信號(hào)轉(zhuǎn)換從電信號(hào)信號(hào)到光信號(hào)，隨后再轉(zhuǎn)換回去，同時(shí)需要支持光學(xué)元件，以引導(dǎo)和分離不同光的波長(zhǎng)。硅光子芯片之間的信號(hào)傳輸使用光纖進(jìn)行連接。

那么，硅光子學(xué)技術(shù)是如何影響數(shù)據(jù)中心的呢?市場(chǎng)上最初的相關(guān)組件似乎是與傳統(tǒng)的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)適配器相類(lèi)似，能夠?qū)⒁挥⒗锘蛞詢?nèi)距離的設(shè)備使用光纖電纜連接起來(lái)。借助組件提供的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器間的高帶寬交互連接，能為建筑間提供高速網(wǎng)絡(luò)連接。隨著時(shí)間的推移，硅光子學(xué)技術(shù)還可支持額外的光學(xué)應(yīng)用程序，為服務(wù)器間的連通性提供支持，并允許替代的計(jì)算模型，例如服務(wù)器分離(server disaggregation)。

Q：當(dāng)前有哪些可用的數(shù)據(jù)中心硅光子學(xué)技術(shù)的產(chǎn)品?

英特爾目前正在推廣兩款硅光子學(xué)產(chǎn)品：英特爾硅光子100G PSM4 QSFP28光收發(fā)器和英特爾硅光子100G CWDM4 QSFP28光收發(fā)器。這兩種產(chǎn)品支持大型企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心的規(guī)模組網(wǎng)的以太網(wǎng)交換機(jī)，支持使用單模光纖的帶寬高達(dá)100千兆以太網(wǎng)的低功耗光纖鏈路。

兩款產(chǎn)品具有共同的特點(diǎn)，例如最高3.5W的非制冷功率耗散，以及支持IEEE 802.3bm CAUI-4標(biāo)準(zhǔn)的電子端接口，擁有四條25Gbps的數(shù)據(jù)鏈。不僅如此，兩款產(chǎn)品都采用了緊湊的Quad Small可插拔接口，允許更多的模塊用相對(duì)小的空間完成部署。這些產(chǎn)品也能夠通過(guò)內(nèi)部集成的電路總線進(jìn)行控制，在芯片間提供連續(xù)的鏈接，以保證管理和診斷的需要。

這些早期的產(chǎn)品展現(xiàn)形式只是硅光子潛在用途的一個(gè)樣例。隨著技術(shù)的發(fā)展，支持的傳輸距離可能會(huì)縮小，以實(shí)現(xiàn)更快的連通性選項(xiàng)，幫助系統(tǒng)和設(shè)備更緊密的聯(lián)結(jié)在一起。

Q：硅光子學(xué)技術(shù)如何支持?jǐn)?shù)據(jù)中心分離技術(shù)?

為了更好地理解硅光子學(xué)技術(shù)的潛力，了解數(shù)據(jù)中心的分離概念是很重要的。

服務(wù)器傳統(tǒng)上都是整體實(shí)體，因此它們的所有組件都被組裝或整合到同一機(jī)箱中。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器無(wú)法提供更多的資源時(shí)，企業(yè)需要購(gòu)買(mǎi)更多的服務(wù)器，即使它們可能不需要所有這些額外的資源。例如，如果一個(gè)應(yīng)用程序需要更多的CPU內(nèi)核，該公司可以部署另一臺(tái)服務(wù)器來(lái)為這些服務(wù)添加所需的計(jì)算能力。但服務(wù)器上的內(nèi)存和其他資源則可能會(huì)閑置。

服務(wù)器分離背后的理念重新將服務(wù)器考慮成獨(dú)立的、具有功能的子系統(tǒng)。例如，處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)和其他關(guān)鍵資源被劃分為功能模塊，而且IT團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)需要在共同的機(jī)架內(nèi)添加和重新安排這些模塊。機(jī)架中分離的組件將會(huì)填充到數(shù)據(jù)中心(補(bǔ)充計(jì)算缺口)。

進(jìn)一步說(shuō)，硅光子學(xué)技術(shù)可能是保障未來(lái)分離計(jì)算組件之間連通性的關(guān)鍵部分，能夠在緊挨著的相鄰模塊間提供快速、可靠的、低成本的光學(xué)/電子轉(zhuǎn)換，不論它們是在落在機(jī)架內(nèi)部還是穿梭在數(shù)據(jù)中心內(nèi)。

Q：硅光子學(xué)技術(shù)將如何發(fā)展成為未來(lái)的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品?

面向?qū)嵱玫墓韫庾赢a(chǎn)品仍處于起步階段，因此預(yù)測(cè)它們將如何發(fā)展是很具有挑戰(zhàn)性的。然而，還是有一些可能的方向，供數(shù)據(jù)中心行業(yè)的專業(yè)人士考慮。

最初，英特爾硅光子100G PSM4和CWDM4 QSFP28光收發(fā)器等產(chǎn)品將提供簡(jiǎn)單、低功耗和高速的大型企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心的規(guī)模組網(wǎng)方案。這可以鼓勵(lì)在數(shù)據(jù)中心和跨城域網(wǎng)絡(luò)部署方向的高帶寬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大面積應(yīng)用。

從長(zhǎng)期來(lái)看，硅光子學(xué)技術(shù)會(huì)繼續(xù)支持具有更高速網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，并最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署路線圖從100 Gbps到400 Gbps的跨越發(fā)展。

硅光子學(xué)技術(shù)中真正令人期待的是在未來(lái)芯片間的通信，將允許數(shù)據(jù)在單個(gè)芯片之間，而不是在元器件或建筑物之間傳遞。非易失性存儲(chǔ)器已經(jīng)完成演示，提供在每個(gè)單元上存儲(chǔ)不止單一數(shù)位的數(shù)據(jù)，而是存儲(chǔ)多單位數(shù)據(jù)的潛力。硅光子在內(nèi)存方面的應(yīng)用為其展示內(nèi)存速度的極大提升、以及內(nèi)存密度的巨大躍升提供了潛力。這可能幫助硅光子學(xué)技術(shù)在企業(yè)計(jì)算能力的下一輪重大飛躍中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。