中國信通院劉璐研究團隊：片間光互連發展態勢分析

  片間光互連發展態勢分析

  隨著各行業數字化轉型升級進度加快，大數據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，光互連成為重要發展方向。本文聚焦片間光互連，針對數據中心和計算中心兩大應用場景，梳理技術動態，分析產業生態與標準化進展，并研判發展趨勢。

  數據中心場景中的片間光互連技術發展態勢

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

  · 傳統可插拔光模塊面臨端口密度和能耗挑戰，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，如英特爾發布的 CPO 進展可實現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之一，外置光源成為趨勢，可降低光收發單元熱量和功耗。

  1、產業發展與標準建立

  · 近 3 年 CPO 樣機相繼發布，多數廠商在美國，國內略有滯后。

  · CPO 遠期市場景氣，產業鏈初步形成，預計不會形成壟斷生態，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范。

圖1 CPO結構

  計算中心場景中的片間光互連技術發展態勢

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

  · 傳統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，可提升性能。根據Lockheed Martin公司數據，相比于傳統商業解決方案，OIO可將數據傳輸帶寬提升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品形態，OIO 需結合芯粒與硅光技術，可實現高效互連。

  2、產業與標準進展

  · 計算領域巨頭布局，OIO 相關產品初具雛形。

  · OIO 遠期市場景氣，產業鏈初步形成，商業生態完全爆發可能在 5 年以后。

  · OIO 標準研制尚處初期，相關協議對物理層和軟件層的標準化將助力其發展。

  · OIO 比 CPO 性能要求更高，產業化標準化進度更滯后。

  總結

  本文通過對數據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 技術的發展情況，包括技術優勢、產業現狀和標準建立等方面。強調了片間光互連雖有進展，但面臨挑戰，需技術、產業和標準協同發展，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。