数据中心分解如何满足联合封装光学器件的需求

从在线交易到流媒体视频和大数据分析，数据中心被证明是我们智能互联世界的主力军。越来越多的数据加上越来越复杂的数据正在导致数据中心架构发生转变。数据中心架构出现了一种新趋势，以解决这两种潜在的力量：数据中心分解。

为了支持更有效地处理海量数据工作负载，分散的数据中心以计算、网络、存储和光学资源为标志，这些资源被分隔在不同的盒子中并以光学方式连接。

让我们来看看数据中心架构的变化以及光学技术如何促进这些变化。

对高带宽和低延迟的不可阻挡的需求

云计算正在将其覆盖范围扩展到包括芯片设计在内的多个行业。与此同时，软件平台、电子商务和社交媒体等数据密集型领域的公司正在建设自己的超大规模数据中心。这些中心内部有数千到数万台服务器，它们努力工作以支持我们通过移动设备观看电影、购买杂货和工作的功能和交易。要了解数据需求的发展方向，请查看IEEE 802.3 以太网带宽评估报告中的这些评估：

到 2025 年，预计将有 380 亿台设备连接到互联网，高于今年的约 290 亿台

从 2017 年到今年，预计每用户和每户的平均流量将增长 200%

基于视频的数据预计将从 2017 年的 75% 数据（每月约 90 艾字节）增长到今年的 82% 数据（每月约 325 艾字节）

用于更快数据传输的光互连

分散的数据中心架构非常适合满足对高带宽和低延迟的无尽需求。在这种方法中，光互连连接同质资源，提供更好的灵活性、更高的密度和更好的利用率。当工作负载进入时，中央智能单元会计算出并仅从计算、网络和存储资源中获取所需的内容，从而消除任何浪费。然后可以将剩余资源定向到其他作业。

光互连通过光传输信号。与铜对应物相比，光互连支持更高的带宽和速度、更低的延迟和更低的功耗。他们已经在机架到机架、房间到房间和建筑物到建筑物的配置中证明了自己的价值。凭借其可插拔模块，使用光互连还可以更轻松地升级网络基础设施以支持 400G、800G 和 1.6T 以太网。

随着数据网络速度超过 400 Gbps，许多工程师担心将电信号驱动到光学模块需要多少功率。由集成电子和光子芯片的单个封装组成的共同封装光学器件可以提供帮助。主机 SoC 和光学接口之间的电气链路连接到封装中的共同封装光学器件，而不是连接到服务器机架面板中的可插拔模块，从而使链路更短，因此更节能。

Die-to-Die 接口 IP 的作用

当系统采用共同封装的光学器件时，光学互连必须支持多芯片模块 （MCM）。MCM 依靠 die-to-die 控制器和 PHY 进行连接。这些控制器需要在高性能计算、服务器和网络 SoC 中提供高效的芯片间连接，理想情况下应该针对延迟、带宽、功率和面积进行优化。与此同时，PHY 根据需要采用不同的格式。

许多设计人员在铜互连上使用长距离 PHY，但这些已经开始达到极限，尤其是对于具有数百个 PHY 通道的大型 SoC。这导致一些工程师采用极短距离 （VSR） PHY 来实现可插拔光学模块。

随着共同封装光学模块、超短距离 （XSR） PHY 以及展望未来的通用 Chiplet Interconnect Express （UCIe） PHY 的日益普及，无疑也将发挥重要作用。这两种格式都允许将光学芯片放置在非常靠近主机芯片或同一封装基板上。

数据使我们的数字世界运转起来，为了满足我们对数据永不满足的需求，分散的数据中心正在成为一种流行的架构。光互连是他们的高速公路，有助于确保我们能够通过复杂的建模发现有用的见解，从我们的智能手机流式传输高清节目，并顺利、快速地参与各种其他在线活动。

作者：Manuel Mota，Manmeet Walia

审核编辑：郭婷