數(shù)據(jù)中心“提速、降耗”迫切，CPO市場前景看好

隨著ChatGPT、AIGC、Sora等人工智能技術(shù)的興起，全球范圍內(nèi)對AI的討論熱度不斷攀升，大模型正邁向多模態(tài)化的新紀元。但在這一轉(zhuǎn)型過程中，人們往往忽略了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心向智算中心轉(zhuǎn)變時，對綜合布線系統(tǒng)的深遠影響。

正如大腦的智能源自于神經(jīng)元間的豐富連接，數(shù)據(jù)中心作為現(xiàn)代社會的"大腦"，其智能化同樣依賴于快速、高效的"連接"能力。因此，連接技術(shù)的基礎(chǔ)性作用不容忽視。

根據(jù)Dell’Oro 2022年6月的報告，以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢指向了400G、800G和1.6T的速率。這表明，現(xiàn)有的100G及以下速率的以太網(wǎng)連接技術(shù)，以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的連接方式，正在經(jīng)歷向更高速的400G、800G和1.6T技術(shù)的快速迭代。

此外，行業(yè)內(nèi)有一種說法，“在高性能計算領(lǐng)域，算力的競爭歸根結(jié)底是能耗效率的較量?！弊鳛楦吣芎男袠I(yè)，數(shù)據(jù)中心以年為計的電費動輒上億元，常被稱為電老虎。而隨著數(shù)據(jù)中心體量的增加，用電量上升趨勢明顯。

烏鎮(zhèn)智庫理事長張曉東今年在某一人工智能大會上表示：“大模型的部署需要海量的高算力芯片，預計2027-2028年，超級智能會到來，屆時最大的幾個模型將需要1000萬張卡，消耗的能量相當于一個中國中小型的省的耗電量，由此帶來的巨額成本，會成為行業(yè)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)?！?/p>

綜合以上表述，當前數(shù)據(jù)中心的連接至少面臨量大挑戰(zhàn)：1、高性能計算對網(wǎng)絡(luò)速率的需求在提升，很快就會到達800G和1.6T時代；2、在雙碳目標下，數(shù)據(jù)中心對降低能耗的需求非常強烈。

數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)方案面臨變革

當前，數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)的方案主要有三種：

第一種是傳統(tǒng)的光模塊連接方案，其中可插拔的光模塊就是光引擎，光纖插在光模塊上，通過SerDes通道將信號傳送至網(wǎng)絡(luò)交換芯片。這種方案中采用了DSP芯片對高速信號進行信號處理，來降低誤碼率，所以在鏈路性能、靈活性、可維護性和不同廠商間的互操作性方面表現(xiàn)良好，但DSP的功耗較大，以400G光模塊為例，當前市場上采用7nm工藝的DSP芯片功耗通常要跑到4W，占整個光模塊功耗的50%左右，而光模塊的功耗大約占交換機整機功耗的40%以上，所以在低功耗方面表現(xiàn)不佳。此外，由于交換芯片和光引擎是分開布局的，所以在信號延遲表現(xiàn)方面也一般。

第二種是LPO線性驅(qū)動可插拔光模塊連接方案，顧名思義，該方案采用了線性直驅(qū)技術(shù)，去除了傳統(tǒng)光模塊的DSP/CDR芯片，將系統(tǒng)功耗和延時做了優(yōu)化，同時成本也相應降低，但也正因為做了簡化處理，所以在系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離方面有所犧牲。不過該方案依舊保留了傳統(tǒng)光模塊方案的可熱插拔的特性，所以在后期維護方面存在優(yōu)勢，不至于單個元件損壞，要拆機才能維修。

第三種是CPO共封裝光學連接方案，在這種方案中，最大的改動就是將交換芯片和光引擎進行了合封，不再采用可插拔光模塊的形式，帶來的好處是電信號在光引擎和交換芯片之間的鏈路縮短了，傳輸速率會更快，功耗更低，效率更高，且在尺寸方面也會縮小不少。有行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，采用CPO的方案，相比于光模塊的方案，功耗可以降低50%，且能滿足高速、高密度互聯(lián)的傳輸場景，比如未來的智算中心。

綜上，在短期內(nèi)，傳統(tǒng)光模塊方案還是市場主流；LPO線性驅(qū)動可插拔光模塊方案正在有序推進；而CPO方案將在800G和1.6T時代開始量產(chǎn)出貨，并有望在3.2T時代占據(jù)市場主流。

借助對硅光技術(shù)的儲備，曦智科技推出CPO方案

當前CPO方案還處于市場早期階段，中國的企業(yè)有機會和國際企業(yè)同臺競技。

就在剛過去的2024年世界人工智能大會上，筆者看到曦智科技就展出了首款適用 PCle和 CXL(Compute Express Link)協(xié)議的數(shù)據(jù)中心計算光互連硬件產(chǎn)品 Photowave。

眾所周知，曦智科技在光電混合算力領(lǐng)域是曦智科技的主戰(zhàn)場，但該市場處于趨勢性市場，在落地層面還需要更多的時間，而今天曦智科技展示的光互連產(chǎn)品，則在近幾年就可能看到銷售成績，所以在基于類似技術(shù)底座的情況下，增加產(chǎn)品品類也是較為正向的戰(zhàn)略布局。

根據(jù)曦智科技工程師的介紹，Photowave系列產(chǎn)品具有多種產(chǎn)品形態(tài)，包括PCIe卡、OCP 3.0 SFF卡和有源光纜等，數(shù)據(jù)傳輸速率低于20ns，其中有源光纜的延遲更是低于1ns，整個模塊功耗在15W以下。

在配置方面，Photowave系列產(chǎn)品可靈活搭配x16、x8、x4、x2等不同通道數(shù)，適用于服務(wù)器平臺、CXL交換機、存儲應用以及xPU之間的互聯(lián)。據(jù)悉，該產(chǎn)品已率先成功實現(xiàn)CXL內(nèi)存池化的遠距離光互連，規(guī)?；瘧煤罂蓸O大提升不同計算硬件的工作負載效率，賦能數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)解耦和資源池化。

圖 | 內(nèi)存擴展盒及與服務(wù)器之間的光連接案例展示，來源：曦智科技

在應用方面，除了以上提到的數(shù)據(jù)中心的高速數(shù)據(jù)傳輸以外，還能傳輸邊帶信號（在調(diào)制過程中，載波信號頻率兩側(cè)生成的上邊帶和下邊帶信號，在無線通信和廣播中，邊帶信號是信息傳輸?shù)年P(guān)鍵部分），同時兼容標準協(xié)議，從而幫助數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)更高效、更可靠的可重構(gòu)解耦架構(gòu)。

此外，Photowave 系列計算光互連產(chǎn)品可以通過專用板卡和線纜連接服務(wù)器主機和內(nèi)存、算力、存儲等各類資源盒，實現(xiàn)資源的按需增減，可大幅提升資源的可伸縮性及利用率，降低資源的擁有成本和智算中心的運營成本。