硅光子學技術(Silicon Photonics Technology)已經問世超過十年，但其與數據中心的集成工作仍處于起步階段。這一技術所帶來的連通性優勢是否值得期待?

Stephen J. Bigelow：硅光子學技術初見曙光是源于世紀之初英特爾的首次公布。該技術的目標是在相同的硅器件上開發集成光學和電子信號的組件，實現銅導線所難以企及的遠距離的高帶寬數據通信。

讓我們更近一步了解硅光子學技術背后的基本理念，以及其可能為數據中心領域所帶來的一些優勢和挑戰。

Q：硅光子學技術是什么以及它將如何影響數據中心?

硅器件是每臺處理器、芯片、ASIC以及內存組件的基礎。同時，在光學設備中——內置的組件攜帶的光的光子，而不是電子，兩者之間有很大的差別——它已成為支撐現代網絡技術的支柱，在全世界范圍、各個大陸以及建筑物之間提供高帶寬連接。

硅光子學技術使用現有的互補金屬氧化物半導體芯片制造技術，在同一時間內的同一個硅芯片上構建晶體管和光學元件，而不是在不同的設備上單獨構建電子和光子。硅光子制造的微型組件，需要直接將電信號轉換從電信號信號到光信號，隨后再轉換回去，同時需要支持光學元件，以引導和分離不同光的波長。硅光子芯片之間的信號傳輸使用光纖進行連接。

那么，硅光子學技術是如何影響數據中心的呢?市場上最初的相關組件似乎是與傳統的光學網絡適配器相類似，能夠將一英里或以內距離的設備使用光纖電纜連接起來。借助組件提供的數據中心服務器間的高帶寬交互連接，能為建筑間提供高速網絡連接。隨著時間的推移，硅光子學技術還可支持額外的光學應用程序，為服務器間的連通性提供支持，并允許替代的計算模型，例如服務器分離(server disaggregation)。

Q：當前有哪些可用的數據中心硅光子學技術的產品?

英特爾目前正在推廣兩款硅光子學產品：英特爾硅光子100G PSM4 QSFP28光收發器和英特爾硅光子100G CWDM4 QSFP28光收發器。這兩種產品支持大型企業和云數據中心的規模組網的以太網交換機，支持使用單模光纖的帶寬高達100千兆以太網的低功耗光纖鏈路。

兩款產品具有共同的特點，例如最高3.5W的非制冷功率耗散，以及支持IEEE 802.3bm CAUI-4標準的電子端接口，擁有四條25Gbps的數據鏈。不僅如此，兩款產品都采用了緊湊的Quad Small可插拔接口，允許更多的模塊用相對小的空間完成部署。這些產品也能夠通過內部集成的電路總線進行控制，在芯片間提供連續的鏈接，以保證管理和診斷的需要。

這些早期的產品展現形式只是硅光子潛在用途的一個樣例。隨著技術的發展，支持的傳輸距離可能會縮小，以實現更快的連通性選項，幫助系統和設備更緊密的聯結在一起。

Q：硅光子學技術如何支持數據中心分離技術?

為了更好地理解硅光子學技術的潛力，了解數據中心的分離概念是很重要的。

服務器傳統上都是整體實體，因此它們的所有組件都被組裝或整合到同一機箱中。當一臺服務器無法提供更多的資源時，企業需要購買更多的服務器，即使它們可能不需要所有這些額外的資源。例如，如果一個應用程序需要更多的CPU內核，該公司可以部署另一臺服務器來為這些服務添加所需的計算能力。但服務器上的內存和其他資源則可能會閑置。

服務器分離背后的理念重新將服務器考慮成獨立的、具有功能的子系統。例如，處理器、內存、存儲和其他關鍵資源被劃分為功能模塊，而且IT團隊可以根據需要在共同的機架內添加和重新安排這些模塊。機架中分離的組件將會填充到數據中心(補充計算缺口)。

進一步說，硅光子學技術可能是保障未來分離計算組件之間連通性的關鍵部分，能夠在緊挨著的相鄰模塊間提供快速、可靠的、低成本的光學/電子轉換，不論它們是在落在機架內部還是穿梭在數據中心內。

Q：硅光子學技術將如何發展成為未來的數據中心產品?

面向實用的硅光子產品仍處于起步階段，因此預測它們將如何發展是很具有挑戰性的。然而，還是有一些可能的方向，供數據中心行業的專業人士考慮。

最初，英特爾硅光子100G PSM4和CWDM4 QSFP28光收發器等產品將提供簡單、低功耗和高速的大型企業和云數據中心的規模組網方案。這可以鼓勵在數據中心和跨城域網絡部署方向的高帶寬網絡技術的大面積應用。

從長期來看，硅光子學技術會繼續支持具有更高速網絡的傳輸速度，并最終實現網絡部署路線圖從100 Gbps到400 Gbps的跨越發展。

硅光子學技術中真正令人期待的是在未來芯片間的通信，將允許數據在單個芯片之間，而不是在元器件或建筑物之間傳遞。非易失性存儲器已經完成演示，提供在每個單元上存儲不止單一數位的數據，而是存儲多單位數據的潛力。硅光子在內存方面的應用為其展示內存速度的極大提升、以及內存密度的巨大躍升提供了潛力。這可能幫助硅光子學技術在企業計算能力的下一輪重大飛躍中發揮關鍵的作用。