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中國(guó)信通院劉璐研究團(tuán)隊(duì):片間光互連發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

摘要:以CPO和OIO技術(shù)為代表,數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心場(chǎng)景下的片間光互連技術(shù)小技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步協(xié)同發(fā)展,以滿足高帶寬、低延遲和高能效的要求,推動(dòng)其在多領(lǐng)域的應(yīng)用。

  片間光互連發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

  隨著各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)度加快,大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新技術(shù)的迅速普及應(yīng)用,尤其是近兩年來(lái),人工智能大模型熱潮興起,算力需求大增,電子信息技術(shù)面臨帶寬和能耗挑戰(zhàn),光互連成為重要發(fā)展方向。本文聚焦片間光互連,針對(duì)數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心兩大應(yīng)用場(chǎng)景,梳理技術(shù)動(dòng)態(tài),分析產(chǎn)業(yè)生態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展,并研判發(fā)展趨勢(shì)。

  數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景中的片間光互連技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

  1、光電合封(Co-Packaged Optics, CPO)技術(shù)助力數(shù)據(jù)中心升級(jí)

  · 傳統(tǒng)可插拔光模塊面臨端口密度和能耗挑戰(zhàn),CPO 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。CPO 將交換芯片與光芯片封裝,可降低功耗、提高集成度等。

  · 硅光集成方案成為主流,如英特爾發(fā)布的 CPO 進(jìn)展可實(shí)現(xiàn)特定信號(hào)傳輸且功耗低。

  · 集成光子技術(shù)方案中的光源集成一直是核心技術(shù)挑戰(zhàn)之一,外置光源成為趨勢(shì),可降低光收發(fā)單元熱量和功耗。

  1、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)建立

  · 近 3 年 CPO 樣機(jī)相繼發(fā)布,多數(shù)廠商在美國(guó),國(guó)內(nèi)略有滯后。

  · CPO 遠(yuǎn)期市場(chǎng)景氣,產(chǎn)業(yè)鏈初步形成,預(yù)計(jì)不會(huì)形成壟斷生態(tài),大量商用可能在未來(lái) 3 - 5 年。

  · 大型國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織作出部署,CPO 標(biāo)準(zhǔn)體系初步建立,下一步重點(diǎn)可能是測(cè)試規(guī)范。

圖1 CPO結(jié)構(gòu)

  計(jì)算中心場(chǎng)景中的片間光互連技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

  1、光輸入輸出(Optical Input Output,OIO)技術(shù)成為重要路徑

  · 傳統(tǒng)方式無(wú)法滿足高性能計(jì)算互連需求,OIO 技術(shù)面向分布式計(jì)算系統(tǒng),可提升性能。根據(jù)Lockheed Martin公司數(shù)據(jù),相比于傳統(tǒng)商業(yè)解決方案,OIO可將數(shù)據(jù)傳輸帶寬提升7倍,功耗降低為1/5,尺寸降低為1/12,大幅提升互連性能,滿足高性能計(jì)算場(chǎng)景需求,同時(shí)也為資源池化提供了性能保證。

  · 芯粒為片間互連提供可行的產(chǎn)品形態(tài),OIO 需結(jié)合芯粒與硅光技術(shù),可實(shí)現(xiàn)高效互連。

  2、產(chǎn)業(yè)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

  · 計(jì)算領(lǐng)域巨頭布局,OIO 相關(guān)產(chǎn)品初具雛形。

  · OIO 遠(yuǎn)期市場(chǎng)景氣,產(chǎn)業(yè)鏈初步形成,商業(yè)生態(tài)完全爆發(fā)可能在 5 年以后。

  · OIO 標(biāo)準(zhǔn)研制尚處初期,相關(guān)協(xié)議對(duì)物理層和軟件層的標(biāo)準(zhǔn)化將助力其發(fā)展。

  · OIO 比 CPO 性能要求更高,產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度更滯后。

  總結(jié)

  本文通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心場(chǎng)景下片間光互連技術(shù)的研究,展示了 CPO 和 OIO 技術(shù)的發(fā)展情況,包括技術(shù)優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和標(biāo)準(zhǔn)建立等方面。強(qiáng)調(diào)了片間光互連雖有進(jìn)展,但面臨挑戰(zhàn),需技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同發(fā)展,以滿足高帶寬、低延遲和高能效的要求,推動(dòng)其在多領(lǐng)域的應(yīng)用。

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