AI数据中心，正在将光纤产业带入新的时代

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）数据中心的投资仍有非常大的预期，今年年初，英伟达高管多次释放乐观信号，表示英伟达2026年收入肯定比去年10月预测的5000亿美元更高，暗示订单前景大好。在1月26日，英伟达又投入20亿美元入股数据中心CoreWeave；1月27日，微软获批在威斯康星州增建15个数据中心，同时亚马逊、谷歌、甲骨文等云计算大厂也在寻找新的数据中心选址，未来数据中心基建的需求还将会逐步增加。

在数据中心的基建过程中，随着GPU等AI芯片的功率不断飙升，数据中心的供电架构产生了变化，整体往HVDC的方向发展。同时算力需求下，多卡、多机柜互联成为了一个重要议题，数据高速传输的需求同样会带来新的技术应用。具体来看，电源、线缆、连接器、光通信等技术都会迎来新一轮的升级。此前我们已经探讨过线缆、连接器等产品在未来数据中心的需求变化趋势，下面我们来探讨光纤在未来数据中心的应用情况。

数据中心的光纤需求

在最早的数据中心内部互连中，数据传输是通过铜缆进行的，在这个阶段的架构是以交换芯片（Switch）通过OSFP/QSFP-DD连接器连接到DAC电缆为主，支持112G LR速率。主要特点在于依赖纯电气连接，适用于短距离数据传输，比如数据中心内部的机架间连接。优点包括成本低廉、部署简单，且无需光学转换设备，功耗也较低。然而，缺点也非常显著，包括铜线信号衰减严重，传输距离有限（通常仅几米），功耗较高，无法满足高密度和高速度的应用需求。

进入光通信时代，最广泛应用的也是现阶段常见的可插拔光模块。交换芯片通过OSFP/QSFP-DD/COBO连接器连接到TRX（光收发器）模块，再延伸到光纤，支持112G VSR（极短距离）/C2M（芯片到模块）接口。

相比铜缆，光纤具备抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温的优势，可有效规避外界环境对数据传输的干扰，降低信号衰减，且使用寿命长达30年以上，大幅减少设备维护成本与停机风险，尤其适配AI智算中心、高性能计算集群等严苛场景需求。更重要的是，光纤带宽上限极高，损耗又极低，传输距离长，这对于AI等数据密集型应用尤为关键。

AI工作负载依赖于GPU之间的高速、低延迟连接，让它们协同工作并且需要通过网络进行扩展。如果没有完善的光纤基础设施设计，就会出现瓶颈，导致性能下降、成本上升和可扩展性停滞。

在数据中心内部，光纤主要是有四大核心应用场景：

机架内互联：服务器与ToR交换机之间的短距连接
机房内互联：Leaf-Spine架构中交换机之间的高速连接
数据中心互联（DCI）：跨机房、跨城市的长距离数据传输
AI集群互联：GPU之间的高速并行计算通信

数据中心内部互联正在从 400G 快速向 800G 普及，并已开始布局 1.6T 标准。每一次速率升级，都意味着光纤布线的升级或扩容。过去传统数据中心多采用100G及以下速率光纤，难以适配400G、800G高速光模块的应用需求，存量数据中心的光纤升级改造需求迫切；同时，全球数据中心机柜数量持续增长，大型、超大型数据中心占比不断提升，机柜密度增加推动光纤向高密度、小型化方向发展，进一步释放需求增量。

根据ResearchAndMarkets的数据，2025年数据中心光纤市场规模为79.3亿美元，2026年增长至84.8亿美元，预计到2032年达到128.4亿美元。

光纤产品技术演进

传统上，光纤分为多模光纤和单模光纤。光纤的结构由内向外分为纤芯、包层和涂覆层，多模与单模最直观的区别就在于纤芯的粗细。多模光纤的特点是，较大的纤芯（50μm 或 62.5 μm）降低了光源耦合的难度，可以使用较便宜的 LED 或 VCSEL作为光源。

单模光纤极细的纤芯（8 - 10μm）强制光线只能沿轴线直线传播，彻底消除模间色散，适合高速远距离传输。

传统数据中心内部，短距离传输普遍使用多模光纤，但随着AI算力需求的提高，单模光纤正在数据中心内部成为主流。其中有两大原因，在 400G/800G以及更高的速率下，多模光纤的模间色散会造成严重的信号畸变；单模光纤物理带宽上限极高，未来升级 1.6T 或 3.2T 时，无需更换地下或机架间的昂贵光缆，只需更换两端的光模块。

为了提高速率，光模块发射功率在增加。但在目前常见的单模光纤G.652.D型号较小的纤芯内，过高的光功率密度会产生非线性效应（如信号畸变、串扰），就像“水管太细，水压太大会爆管”。

因此，G.654.E单模光纤正在成为数据中心的趋势。从物理结构上讲，G.654.E的纤芯直径虽然比普通单模光纤略大（约 10-12 μm），但它依然能够确保在工作波长下只允许一个光模式传输，同时彻底消除了多模光纤存在的“模间色散”问题。

在材料上，普通的单模光纤为了便于制造，采用掺锗的纤芯。而G.654.E采用纯二氧化硅作为纤芯材料。这种纯净度极高的结构将光的损耗降到了极限，比普通单模低20%左右。但相对地，制造难度更高、成本也更高。

近年来，空心光纤也被认为是未来高速数据传输的关键技术。传统光纤是实心的玻璃棒，而空芯光纤的纤芯是空气或真空，其以空气作为光传播介质，周围通过特殊的玻璃微结构约束光线，利用反谐振原理将光限制在空气中传导，较传统光纤降低30%延迟，具备抵御非线性效应及潜在超低损耗的特性，可承受更高入纤功率，是未来高速通信的尖端技术方向，目前微软、AWS已启动部署，国内中天科技、长飞、亨通等企业已实现技术突破并送样测试，逐步从实验室走向商用蓝海。

去年8月，中国移动在广东开通了我国首条空芯光纤商用线路；10月，中国电信研究院近日宣布，通过与中国电信、长飞、华为及广东工业大学的联合攻关，成功实现单波800Gbps与1.2Tbps速率下的实时系统超长单跨无中继传输新突破；同月，中国联通完成了从深圳联接香港将军澳智云数据中心和香港交易所的商用空芯光纤互联及跨境出海应用，网络联接时延大幅减少32%，是全球首条通过空芯光纤实现“海缆中心+数据中心+金融中心”的直接联接。

去年9月，长飞光纤展示100km空芯光纤链路，并使用自研的EDFA+OTDR进行现场链路测试，实现0.089dB/km的链路衰减。

今年2月3日，亨通光电AI先进光纤材料研发制造中心一期扩产项目厂房建设收官，现已正式进入设备安装阶段。该项目聚焦AI算力带来的巨大需求，致力于提升超低损空芯光纤、超低损多芯光纤以及高性能多波段多模光纤等一系列特种光纤的规模化生产能力。这也意味着空心光纤开始逐步迈入规模化量产阶段。

小结：

从算力芯片、先进制程、存储，到功率器件、电源系统、线缆、连接器、液冷、电力基建等，AI带动的数据中心需求带动了一系列规模庞大产业升级。光纤作为数据中心内部的“神经纤维”，其低延迟和高带宽是数据中心算力效率的关键。空芯光纤与G.654.E的出现，本质上是为这个超级大脑换上了一套反应更快、传导损耗更低的高级神经通路。