数据通信的未来发展：AI/ML领域的增长如何推动对更快数据通信的需求

时间： 2024-04-09 来源：COHERENT（高意激光）微信公众号

技术问答

了解为什么 AI/ML（人工智能和机器学习）领域的快速增长正在推动对 COHERENT 高意创新解决方案支持的更快数据通信的需求。

几十年来，Coherent 高意一直在数据通信解决方案领域处于领先地位。从我们的角度来看，AI 并不新鲜，因为光连接解决方案与主流网络中使用的解决方案相同。近来，由于超大规模数据中心部署了大规模机器学习网络，以及 AI 驱动型消费者应用程序的增长趋势将推动云计算的进一步扩张，云计算正受到越来越多的关注。

事实上，自从 AI/ML 最开始在云端部署以来，我们一直在销售用于 AI/ML 的收发器（和组件）。考虑到 AI/ML 的光通信规格与以太网规格密切相关，可以这么说，我们的相关经验可以追溯到很久以前——事实上超过 35 年。

然而，新的需求是提高速度、提高数据中心内通信的容量以及降低延迟，以支持云计算的发展。所有这些机器之间的查询都需要快速、无缝地相互连接。具体来说，AI/ML 的快速增长意味着专用 AI/ML 服务器在超大规模数据中心基础设施中的比重快速增长。这些服务器通过光纤收发器连接到网络的其余部分。

我们的垂直整合提供更快的解决方案

当今最先进的可插拔收发器技术是 800G，但 1.6T 可插拔收发器即将推出。与数据中心一样，首要任务是最大限度降低成本。在 2023 年 OFC、ECOC 以及刚刚结束的 OFC 2024 中进行的收发器性能演示中，您已经看到我们利用垂直整合来实现这些速度和成本目标的实例。

第一代 800G 依赖于具有 8x100G 光通道的收发器。我们的产品演示展示了 200G 光通道，吸引了大量参观者；特别需要说明的是，我们在 OSFP 封装的 800G 收发器中集成了这些激光器。8x100G PAM4 电气接口转换成四个 CWDM 波长，每个波长在 200G PAM4 规格上工作。第二代形式比以前的 8x100G 光通道方法更节能，更具成本效益，而这两点都是这些互连的重要要求。此外，我们还以一种格式展示了这些设备，以说明 200G PAM4 如何支持未来的 1.6T 收发器，使其传输距离最大可达 10 km。

速度提升至每通道 200G 带来了许多重大技术挑战，例如避免过大功耗以及保持低噪声和无串扰。但是，凭借我们的垂直整合，我们能够相对快速地达到每通道 200G 的传输速度。我们在公司内部设计和制造该收发器所需的所有有源和无源产品：包括激光器、光学元件、热管理解决方案等。与第一代 800G 产品一样，我们开发这些新型收发器的方法仍然不依赖特定技术，因此我们可以随时对其进行配置，以支持特定的封装需求，从而节省时间和成本。

更快的解决方案可实现更高的数据速率

对于数据速率为 100 Gbps 及以上的高速数据通信应用，主要使用两种类型的激光器：

用于短距离的垂直腔面发射激光器 (VCSEL)
分布式反馈激光器 (DFB) 与调制器集成到光子集成电路 (PIC) 中，用于长距离

集成电吸收调制器（EML）的激光器广泛应用于当前的收发器。另一方面，集成有 Mach-Zehnder 调制器 (DFB-MZ) 的激光器在需要线性度和啁啾控制的应用中具有优势，例如，对于超过 2 km 的链路长度以及线性可插拔光学器件 (LPO) 应用。

Coherent 高意的 800G SR8 收发器

Coherent 高意批量生产 100G EML，用于当前使用的一代 400G (4x100G) 和 800G (8x100G) 收发器。对于新兴的 800G (4x200G) 和 1.6T (8x200G) 应用，我们提供 200G EML 和 DFB-MZ 技术。这些技术使得针对每个应用的模块设计在性能和成本方面都达到了最优状态。

两个 PIC 系列都融合了我们在制造复杂 PIC（IQ 调制器和可调谐激光器）方面悠久历史中积累的丰富知识和经验。此外，在每通道 200G 的应用中，信号完整性至关重要，特别是对于具有大量密集封装发送和接收通道的收发器。我们所有的数据通信芯片系列均具有片上射频端接电路，可实现卓越的信号完整性并最大限度减少串扰。它还简化了模块设计，降低了成本，并提供了出色的信号性能。

始终保持前瞻性 —— LPO 的机遇

正如我们之前所说，AI/ML 服务器依靠光链路与外界连接。这些光链路除了要满足速度快和模块化的要求之外，还需要实现低成本和低功耗。针对传统收发器形式，已经出现了一种相对较新的替代方案，引起了人们的兴趣。LPO 从收发器中移除了 DSP，实现了低成本、低功耗和低延迟。DSP 与交换机 ASIC 封装在一起，这种布局使用简单的电气走线连接到面板，这一点与另外一种将 ASIC、DSP 和光学引擎全部封装在交换机中的共封装光学器件不同。

目前尚不清楚 LPO 将在多大程度上与 AI/ML 结合使用。虽然 LPO 还处于早期阶段，但具有增强 DSP 功能的交换机已开始出现，可以取代从收发器中移除的 DSP 功能。

作为收发器领域的重要创新企业，我们的研发团队正在开发潜在的解决方案，以满足未来市场对 LPO 光模块的需求。作为一家垂直整合供应商，我们随时可以利用一系列现有技术和产品支持 LPO 价值链的各个层面。其中包括我们的垂直腔面发射激光器 (VCSEL)；近年来，我们已经交付了数千亿个此类激光器。其他关键产品包括我们的激光二极管驱动电路和跨阻放大器 (TIA)。另一个例子是激光二极管和激光二极管阵列，它们不仅是所有光通信的基础，还能支持实现激光雷达、AR/VR 和舱内感知。

Coherent高意：在过去、现在和未来为 AI 提供支持

数据通信自诞生以来就有一个特点，那就是不断追求更高的速度。然而，近来 AI/ML 需求的激增提高了对开发更快数据通信的需求。随着 AI 越来越广泛地得到采用，我们独特的垂直整合与广泛的技术专长相结合，将继续成为数据通信价值链各个层面的重要解决方案。

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