简介
由人工智能(AI)和机器学习(ML)驱动的数据爆炸增长，给数据中心带来了巨大压力，迫使其采用光互连来实现更高吞吐量和更低延迟。光通信技术已经从长途网络演变到数据中心内的机架间和芯片间连接。但是，将光子技术和电子技术集成在一起仍面临挑战。硅基光电子技术、封装和新协议的创新，正在帮助解决这些问题，促进数据中心从电连接向光连接转型。随着人工智能大规模应用，对低延迟和高带宽互联的需求正在推动光子集成电路技术快速创新。PIC Studio提供了全面的设计自动化平台，可以实现光子集成电路的设计、仿真和布局。支持主要晶圆厂的工艺设计工具包，通过联合仿真实现光子电路与电子电路协同设计。原理图驱动版图 (SDL)、可定制组件和自动化功能加速了光子集成电路设计周期。
谷歌、Facebook和微软等超大规模数据中心一直是光互连技术的先行采用者。它们基础设施规模化的特点使光学技术平滑集成成为可能。而对于企业数据中心来说进展比较缓慢，因为多样性更大。
数据中心的光链路覆盖多个连接级别，从板对板、芯片对芯片到芯片内部。短距离的电连接正逐步被光纤取代，应用于机架间、数据中心大厅间，甚至采用相干光学实现跨数据中心连接达到40公里。
在数据中心内部，多模光纤因其易于安装、处理和成本结构优势而广泛使用，相比单模光纤。但是，单模光纤提供更高带宽和更长距离。
集成收发器的主动铜缆在成本和覆盖范围方面提供了中间解决方案。但速度增加削弱了铜缆的优势。
光收发模块(QSFP、QSFP-DD)已经实现400Gbps链路，但存在制造限制。同封装光子技术如博通的6.4T光引擎，旨在将多个收发器集成在与交换机芯片集成的衬底上。
(Source: Synopsys)
虽然以太网仍主导数据中心协议，但正在开发新型光物理层。PCIe可能会在2025年左右的PCIe 7.0 32GBps速率下从铜线转向光纤。
硅光子学正在取代铜，以提供能源和成本效益。但是，将激光器和调制器进一步集成到光子IC中仍然具有挑战性。初创公司正在开发光学技术，以连接硅电子器件和独立激光器。像PIC Studio这样的光子集成电路设计自动化平台，通过支持电路布局协同设计和晶圆厂认证工艺设计工具包，加速复杂光子集成电路的开发。光子技术的发展方向包括将光子技术进一步集成到先进芯片封装中。异质集成和晶圆级封装将减少光互连的瓶颈。
OIF ELSFP协议支持同封装光子技术 OIF的外置激光小型可插拔协议定义了优化同封装光子技术的光模块标准。前面板设计增强了可靠性和可维护性。光子集成电路光引擎整合收发器 光子集成电路如博通的6.4T光引擎，在与交换机芯片共享的衬底上集成多个收发器。这种同封装方法解决了可插拔模块的制造限制。直接光接线提供灵活互连 初创公司如Lessengers开发的直接光接线技术，使用新型光纤材料，可以在安装时固化。这提供了高性能计算应用所需的可重配光互连。相干光学实现长距离连接 相干光学使用数字信号处理调制和放大信号，实现低损耗数十公里范围的数据中心间连接。光学PCIe和CXL用于高速芯片间连接 新兴的光学PCIe和CXL标准将在服务器和机架内使用光纤代替铜线用于低延迟芯片间互连。在32Gbps以上速率下光学变得不可或缺。
(Source: Lessengers)
AI和机器学习工作负载将继续推动数据中心光互连技术创新，以实现低延迟。新封装、材料、协议和像PIC Studio这样的设计自动化平台将支持这一转型。异质集成光电子技术将是克服电子数据链路瓶颈的关键。尽管仍存在障碍，但经济趋势明确支持从电子连接向光子连接转型。未来十年，围绕全光基础建设的数据中心将改造计算和连接。随着吞吐量每12-18个月翻一番，只有光子技术才能满足AI计算集群对速度和带宽的需求。可重构的光网络结构的灵活性将实现动态拓扑以适应工作负载。托管服务提供商已经为超大规模客户提供高达100Gbps的光互连。真正的光数据中心需要材料、器件、封装、协议和设计自动化等全方位创新。一旦大规模制造成熟， 硅基光电子技术和集成激光将大幅降低成本。像PIC Studio这样的光子设计平台将加速面向数据中心环境的光子集成电路开发。随着业界强劲发展势头，太比特级光数据中心变为现实更近了。AI驱动的数据爆炸增长正在驱使数据中心采纳光互连技术。硅基光电子技术、封装、协议和PIC Studio等设计自动化平台的创新将推动这一转型。异质集成光电子技术对克服电子数据链路瓶颈至关重要。尽管仍有挑战，但经济趋势表明，未来几年数据中心将主要采用光互连，因为AI工作负载需要超高带宽和低延迟的数据传输。
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