数据中心分解的兴起如何创造对共封装光学器件的需求

作者：Manuel Mota，Manmeet Walia

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。更多的数据加上日益复杂的数据正在导致数据中心架构的转变。数据中心架构出现了一种新的趋势，以解决这两种潜在的力量：数据中心分解。

为了支持更高效地处理海量数据工作负载，分解的数据中心以计算、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

云计算正在将其业务范围扩展到包括芯片设计在内的各个行业。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构建自己的超大规模数据中心。这些中心内有数千至数万台服务器，他们努力工作以支持功能和交易，使我们能够观看电影，购买杂货以及从移动设备上工作。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以下评估：

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，预计每个用户和每个家庭的平均流量将增加200%

基于视频的数据预计将从 2017 年占数据的 75%（每月约 90 EB）增长到今年占数据的 82%（每月约 325 EB）。

用于更快数据传输的光互连

分解的数据中心架构非常适合满足对高带宽和低延迟的无限需求。在这种方法中，光互连连接同构资源，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，中央智能部门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。

光学互连通过光传输信号。与铜缆相比，光互连支持更高的带宽和速度、更低的延迟和更低的功耗。他们已经证明了自己在机架到机架、房间到房间和建筑物到建筑物配置方面的价值。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，许多工程师担心需要多少功率才能将电信号驱动到光模块。由集成电气和光子芯片的单个封装组成的共封装光学器件可以提供帮助。主机 SoC 和光学接口之间的电链路连接到封装中的共封装光学器件，而不是连接到服务器机架面板上的可插拔模块，从而使链路更短，因此能效更高。

芯片对芯片接口 IP 的作用

当系统采用共封装光学器件时，光学互连必须支持多芯片模块 （MCM）。MCM 依靠芯片对芯片控制器和 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，理想情况下应针对延迟、带宽、功耗和面积进行优化。同时，PHY根据需要提供不同的格式。

许多设计人员在铜互连上使用长距离PHY，但这些互连开始达到极限，特别是对于具有数百个PHY通道的大型SoC。这导致一些工程师使用非常短距离（VSR）PHY来制作可插拔光学模块。

随着共封装光模块的日益普及，超短距离（XSR）PHY以及展望未来，通用小芯片互连高速（UCIe）PHY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位于同一封装基板上。

数据使我们的数字世界运转起来，为了满足我们对数据的永不满足的需求，分解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，有助于确保我们可以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程序，并顺利，快速地参与各种其他在线活动。

审核编辑：郭婷