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硅光子學技術(shù)(Silicon Photonics Technology)已經(jīng)問世超過十年，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)所帶來的連通性優(yōu)勢是否值得期待?

Stephen J. Bigelow：硅光子學技術(shù)初見曙光是源于世紀之初英特爾的首次公布。該技術(shù)的目標是在相同的硅器件上開發(fā)集成光學和電子信號的組件，實現(xiàn)銅導線所難以企及的遠距離的高帶寬數(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)域所帶來的一些優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

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

硅器件是每臺處理器、芯片、ASIC以及內(nèi)存組件的基礎(chǔ)。同時，在光學設(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、各個大陸以及建筑物之間提供高帶寬連接。

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

那么，硅光子學技術(shù)是如何影響數(shù)據(jù)中心的呢?市場上最初的相關(guān)組件似乎是與傳統(tǒng)的光學網(wǎng)絡(luò)適配器相類似，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。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。隨著時間的推移，硅光子學技術(shù)還可支持額外的光學應(yīng)用程序，為服務(wù)器間的連通性提供支持，并允許替代的計算模型，例如服務(wù)器分離(server disaggregation)。

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

英特爾目前正在推廣兩款硅光子學產(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，支持使用單模光纖的帶寬高達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，例如最高3.5W的非制冷功率耗散，以及支持IEEE 802.3bm CAUI-4標準的電子端接口，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小的空間完成部署。這些產(chǎn)品也能夠通過內(nèi)部集成的電路總線進行控制，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樣例。隨著技術(shù)的發(fā)展，支持的傳輸距離可能會縮小，以實現(xiàn)更快的連通性選項，幫助系統(tǒng)和設(shè)備更緊密的聯(lián)結(jié)在一起。

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

為了更好地理解硅光子學技術(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)上都是整體實體，因此它們的所有組件都被組裝或整合到同一機箱中。當一臺服務(wù)器無法提供更多的資源時，企業(yè)需要購買更多的服務(wù)器，即使它們可能不需要所有這些額外的資源。例如，如果一個應(yīng)用程序需要更多的CPU內(nèi)核，該公司可以部署另一臺服務(wù)器來為這些服務(wù)添加所需的計算能力。但服務(wù)器上的內(nèi)存和其他資源則可能會閑置。

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

進一步說，硅光子學技術(shù)可能是保障未來分離計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/電子轉(zhuǎn)換，不論它們是在落在機架內(nèi)部還是穿梭在數(shù)據(jù)中心內(nèi)。

Q：硅光子學技術(shù)將如何發(fā)展成為未來的數(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，因此預測它們將如何發(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。

從長期來看，硅光子學技術(shù)會繼續(xù)支持具有更高速網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，并最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署路線圖從100 Gbps到400 Gbps的跨越發(fā)展。

硅光子學技術(shù)中真正令人期待的是在未來芯片間的通信，將允許數(shù)據(jù)在單個芯片之間，而不是在元器件或建筑物之間傳遞。非易失性存儲器已經(jīng)完成演示，提供在每個單元上存儲不止單一數(shù)位的數(shù)據(jù)，而是存儲多單位數(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技術(shù)在企業(yè)計算能力的下一輪重大飛躍中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。