硅光子学技术将如何影响数据中心连通性？

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硅光子学技术(Silicon Photonics Technology)已经问世超过十年，但其与数据中心的集成工作仍处于起步阶段。这一技术所带来的连通性优势是否值得期待?

Stephen J. Bigelow：硅光子学技术初见曙光是源于世纪之初英特尔的首次公布。该技术的目标是在相同的硅器件上开发集成光学和电子信号的组件，实现铜导线所难以企及的远距离的高带宽数据通信。

让我们更近一步了解硅光子学技术背后的基本理念，以及其可能为数据中心领域所带来的一些优势和挑战。

Q：硅光子学技术是什么以及它将如何影响数据中心?

硅器件是每台处理器、芯片、ASIC以及内存组件的基础。同时，在光学设备中——内置的组件携带的光的光子，而不是电子，两者之间有很大的差别——它已成为支撑现代网络技术的支柱，在全世界范围、各个大陆以及建筑物之间提供高带宽连接。

硅光子学技术使用现有的互补金属氧化物半导体芯片制造技术，在同一时间内的同一个硅芯片上构建晶体管和光学元件，而不是在不同的设备上单独构建电子和光子。硅光子制造的微型组件，需要直接将电信号转换从电信号信号到光信号，随后再转换回去，同时需要支持光学元件，以引导和分离不同光的波长。硅光子芯片之间的信号传输使用光纤进行连接。

那么，硅光子学技术是如何影响数据中心的呢?市场上最初的相关组件似乎是与传统的光学网络适配器相类似，能够将一英里或以内距离的设备使用光纤电缆连接起来。借助组件提供的数据中心服务器间的高带宽交互连接，能为建筑间提供高速网络连接。随着时间的推移，硅光子学技术还可支持额外的光学应用程序，为服务器间的连通性提供支持，并允许替代的计算模型，例如服务器分离(server disaggregation)。

Q：当前有哪些可用的数据中心硅光子学技术的产品?

英特尔目前正在推广两款硅光子学产品：英特尔硅光子100G PSM4 QSFP28光收发器和英特尔硅光子100G CWDM4 QSFP28光收发器。这两种产品支持大型企业和云数据中心的规模组网的以太网交换机，支持使用单模光纤的带宽高达100千兆以太网的低功耗光纤链路。

两款产品具有共同的特点，例如最高3.5W的非制冷功率耗散，以及支持IEEE 802.3bm CAUI-4标准的电子端接口，拥有四条25Gbps的数据链。不仅如此，两款产品都采用了紧凑的Quad Small可插拔接口，允许更多的模块用相对小的空间完成部署。这些产品也能够通过内部集成的电路总线进行控制，在芯片间提供连续的链接，以保证管理和诊断的需要。

这些早期的产品展现形式只是硅光子潜在用途的一个样例。随着技术的发展，支持的传输距离可能会缩小，以实现更快的连通性选项，帮助系统和设备更紧密的联结在一起。

Q：硅光子学技术如何支持数据中心分离技术?

为了更好地理解硅光子学技术的潜力，了解数据中心的分离概念是很重要的。

服务器传统上都是整体实体，因此它们的所有组件都被组装或整合到同一机箱中。当一台服务器无法提供更多的资源时，企业需要购买更多的服务器，即使它们可能不需要所有这些额外的资源。例如，如果一个应用程序需要更多的CPU内核，该公司可以部署另一台服务器来为这些服务添加所需的计算能力。但服务器上的内存和其他资源则可能会闲置。

服务器分离背后的理念重新将服务器考虑成独立的、具有功能的子系统。例如，处理器、内存、存储和其他关键资源被划分为功能模块，而且IT团队可以根据需要在共同的机架内添加和重新安排这些模块。机架中分离的组件将会填充到数据中心(补充计算缺口)。

进一步说，硅光子学技术可能是保障未来分离计算组件之间连通性的关键部分，能够在紧挨着的相邻模块间提供快速、可靠的、低成本的光学/电子转换，不论它们是在落在机架内部还是穿梭在数据中心内。

Q：硅光子学技术将如何发展成为未来的数据中心产品?

面向实用的硅光子产品仍处于起步阶段，因此预测它们将如何发展是很具有挑战性的。然而，还是有一些可能的方向，供数据中心行业的专业人士考虑。

最初，英特尔硅光子100G PSM4和CWDM4 QSFP28光收发器等产品将提供简单、低功耗和高速的大型企业和云数据中心的规模组网方案。这可以鼓励在数据中心和跨城域网络部署方向的高带宽网络技术的大面积应用。

从长期来看，硅光子学技术会继续支持具有更高速网络的传输速度，并最终实现网络部署路线图从100 Gbps到400 Gbps的跨越发展。

硅光子学技术中真正令人期待的是在未来芯片间的通信，将允许数据在单个芯片之间，而不是在元器件或建筑物之间传递。非易失性存储器已经完成演示，提供在每个单元上存储不止单一数位的数据，而是存储多单位数据的潜力。硅光子在内存方面的应用为其展示内存速度的极大提升、以及内存密度的巨大跃升提供了潜力。这可能帮助硅光子学技术在企业计算能力的下一轮重大飞跃中发挥关键的作用。