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中國信通院劉璐研究團隊:片間光互連發(fā)展態(tài)勢分析

摘要:以CPO和OIO技術為代表,數(shù)據(jù)中心和計算中心場景下的片間光互連技術小技術、產(chǎn)業(yè)和標準進一步協(xié)同發(fā)展,以滿足高帶寬、低延遲和高能效的要求,推動其在多領域的應用。

  片間光互連發(fā)展態(tài)勢分析

  隨著各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級進度加快,大數(shù)據(jù)和云計算等新技術的迅速普及應用,尤其是近兩年來,人工智能大模型熱潮興起,算力需求大增,電子信息技術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,針對數(shù)據(jù)中心和計算中心兩大應用場景,梳理技術動態(tài),分析產(chǎn)業(yè)生態(tài)與標準化進展,并研判發(fā)展趨勢。

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

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

  · 傳統(tǒng)可插拔光模塊面臨端口密度和能耗挑戰(zhàn),CPO 技術應運而生。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 進展可實現(xiàn)特定信號傳輸且功耗低。

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

  1、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與標準建立

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

  · CPO 遠期市場景氣,產(chǎn)業(yè)鏈初步形成,預計不會形成壟斷生態(tài),大量商用可能在未來 3 - 5 年。

  · 大型國際標準組織作出部署,CPO 標準體系初步建立,下一步重點可能是測試規(guī)范。

圖1 CPO結(jié)構(gòu)

  計算中心場景中的片間光互連技術發(fā)展態(tài)勢

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

  · 傳統(tǒng)方式無法滿足高性能計算互連需求,OIO 技術面向分布式計算系統(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,滿足高性能計算場景需求,同時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,可實現(xiàn)高效互連。

  2、產(chǎn)業(yè)與標準進展

  · 計算領域巨頭布局,OIO 相關產(chǎn)品初具雛形。

  · OIO 遠期市場景氣,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 標準研制尚處初期,相關協(xié)議對物理層和軟件層的標準化將助力其發(fā)展。

  · OIO 比 CPO 性能要求更高,產(chǎn)業(yè)化標準化進度更滯后。

  總結(jié)

  本文通過對數(shù)據(jù)中心和計算中心場景下片間光互連技術的研究,展示了 CPO 和 OIO 技術的發(fā)展情況,包括技術優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和標準建立等方面。強調(diào)了片間光互連雖有進展,但面臨挑戰(zhàn),需技術、產(chǎn)業(yè)和標準協(xié)同發(fā)展,以滿足高帶寬、低延遲和高能效的要求,推動其在多領域的應用。

內(nèi)容來自:光通信研究
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文章標題:中國信通院劉璐研究團隊:片間光互連發(fā)展態(tài)勢分析
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