來源：企業(yè)網 2018-10-19 11:03

    雲計算(suàn)和大數據等技(jì)術(shù)使得一(yī)度令人驚歎的計算(suàn)速度變得平淡無奇。中央計算(suàn)為(wèi)企業(yè)、大學、個(gè)人和其他将計算(suàn)密集型任務(特别是數據挖掘和人工(gōng)智能(néng))卸載到(dào)數據中心為(wèi)處理這些任務的工(gōng)作人員(yuán)提供了可擴展的解決方案。

    這種情況對數據中心運營商試圖超越競争對手和對計算(suàn)能(néng)力的需求增長(cháng)提出了挑戰。為(wèi)了配合這種增長(cháng)，供應商必須對其服務器(qì)設置進行相(xiàng)當大的改進，但是當今許多(duō)消費(fèi)産品中的電(diàn)子技(jì)術(shù)可能(néng)不足以滿足對數據中心的需求。

    一(yī)種全新的用于傳輸和處理信息的媒介是光(guāng)纖和光(guāng)子學。光(guāng)纖已經成為(wèi)一(yī)種新的标準，在消費(fèi)者層面，Google Fiber公司是一(yī)家知名的供應商。但是在這些光(guāng)纖的末端，還(hái)是面臨衆所周知的最後一(yī)英裡(lǐ)問題，在電(diàn)信号和光(guāng)信号之間進行轉換可能(néng)是數據中心性能(néng)的下(xià)一(yī)個(gè)重點。

    像這裡(lǐ)所示的兩個(gè)單模光(guāng)纜通(tōng)常可以傳播比多(duō)模光(guāng)纜更遠(yuǎn)的信号，但其代價是帶寬較低(dī)。單模光(guāng)纖直徑僅為(wèi)9微米，适用于跨洋電(diàn)纜和短距離應用。

光(guāng)纖的曆史

    雖然電(diàn)子學一(yī)直是計算(suàn)和有線電(diàn)信的科學，但光(guāng)學從(cóng)一(yī)開(kāi)始就(jiù)是通(tōng)信技(jì)術(shù)的一(yī)部分。值得注意的是，1880年(nián)由亞曆山大·格雷厄姆·貝爾和查爾斯·薩姆納·泰恩特發明的第一(yī)部無線電(diàn)話通(tōng)過調制光(guāng)來傳輸聲音(yīn)。貝爾也獲得了電(diàn)話的專利，他稱無線光(guāng)電(diàn)話是他一(yī)生(shēng)中“最大的成就(jiù)。”并表示，“是我的最偉大的發明，比電(diàn)話還(hái)偉大。”

    電(diàn)力是第二次工(gōng)業(yè)革命的發展動力，而在此之後的幾年(nián)裡(lǐ)，光(guāng)纖通(tōng)信很少受到(dào)研究人員(yuán)和科學家的關注。康甯玻璃廠于1970年(nián)開(kāi)發光(guāng)纖時，重新在光(guāng)通(tōng)信領域規劃發展。僅僅七年(nián)之後，光(guāng)纖就(jiù)進入了大衆市(shì)場。

光(guāng)通(tōng)信如何發展

    在康甯公司研究開(kāi)發将近40年(nián)後，目前正在開(kāi)發第五代光(guāng)纖通(tōng)信技(jì)術(shù)。一(yī)些研究正在解決第一(yī)代光(guāng)纖研究人員(yuán)所熟悉的挑戰，但正在開(kāi)發的一(yī)些科學技(jì)術(shù)是新穎的。

    光(guāng)纖内部反射的光(guāng)，允許透射光(guāng)的多(duō)個(gè)路(lù)徑(即“模式”)的光(guāng)纖(例如這裡(lǐ)描述的那些)被稱為(wèi)多(duō)模光(guāng)纖。它們的接收錐可以很大，使發光(guāng)二極管(LED)很容易用于傳輸。單模光(guāng)纖需要更精确的光(guāng)發射，例如來自(zì)激光(guāng)器(qì)。

    例如，康甯試圖解決與光(guāng)纖中産生(shēng)高(gāo)信号損失的污染物(wù)相(xiàng)關的問題。

    現在，研究人員(yuán)正緻力于通(tōng)過研究一(yī)種稱為(wèi)幹光(guāng)纖的新材料來擴展波分複用(WDM)系統可以運行的波長(cháng)範圍。僅這一(yī)改進就(jiù)可以使網絡帶寬增加7倍，其他研究有望進一(yī)步升級。研究人員(yuán)也希望利用光(guāng)孤子的概念來應對光(guāng)纖面臨的挑戰，這種方法可能(néng)對第一(yī)代光(guāng)纖科學家來說是完全陌生(shēng)的。

目前的通(tōng)信現狀

    英特爾公司于2015年(nián)宣布其集成電(diàn)路(lù)(IC)的創新步伐早在2012年(nián)開(kāi)始放(fàng)緩。該公告引起觀察者的擔憂，即物(wù)理限制将結束IC上(shàng)晶體管計數倍增的速度，也就(jiù)是衆所周知的摩爾定律。

    記錄IC芯片上(shàng)的晶體管數量。晶體管密度加倍的速度是1965年(nián)由飛(fēi)兆半導體研發部門(mén)主管戈登·摩爾首先提出的趨勢。

    技(jì)術(shù)部門(mén)将感受到(dào)如此巨大的變化，處于計算(suàn)技(jì)術(shù)前沿的機(jī)構首先感受到(dào)面臨的挑戰，數據中心将會(huì)在任何創新的放(fàng)緩時第一(yī)時間響應。

    雖然核心處理器(qì)看(kàn)起來已達到(dào)極限，但網絡速度仍在不斷增長(cháng)。光(guāng)纖網絡的普及為(wèi)提高(gāo)網絡速度提供了巨大的機(jī)會(huì)，但新的瓶頸來自(zì)這些數據中心内部的電(diàn)子設備。但是如果光(guāng)纖不僅可以傳輸信息，而且還(hái)可以處理信息，那會(huì)發生(shēng)什麽情況呢(ne)?

應用在數據中心的光(guāng)纖

    近年(nián)來，随著(zhe)光(guāng)纖作為(wèi)長(cháng)距離标準信息載體的發展，矽光(guāng)子學領域受到(dào)越來越多(duō)的關注。服務器(qì)和客戶端之間的光(guāng)學互連顯著提高(gāo)了數據速度，但數據中心必須進行類似的改進，以跟上(shàng)客戶需求的增長(cháng)。

    矽光(guāng)子學是滿足這種快速數據中心連接需求的可能(néng)解決方案。這些光(guāng)學鏈路(lù)可以是幾十公裡(lǐ)到(dào)幾厘米長(cháng)的任何地方，在标尺的每一(yī)側具有不同的信息協議和物(wù)理約束。從(cóng)長(cháng)遠(yuǎn)來看(kàn)，使用光(guāng)纖實現高(gāo)帶寬傳輸會(huì)導緻使用單模光(guāng)纖的高(gāo)成本。這些光(guāng)纖的厚度約為(wèi)8納米，需要昂貴的激光(guāng)器(qì)進行傳輸，同樣需要精确的“微光(guāng)子”電(diàn)路(lù)進行信号處理。

    300mm矽光(guāng)子晶片是用于在使用光(guāng)纖進行數據傳輸的系統中處理光(guāng)信号的光(guāng)學電(diàn)路(lù)的一(yī)個(gè)例子。

    這些組件(jiàn)已經投入使用，但面臨廣泛采用的最大挑戰是激光(guāng)技(jì)術(shù)的現狀。不僅必須降低(dī)激光(guāng)器(qì)的成本，而且還(hái)必須克服将它們安裝在光(guāng)學微芯片上(shàng)的物(wù)理障礙。

    目前，科學家們對于片上(shàng)或片外激光(guāng)器(qì)是否會(huì)成為(wèi)标準存在分歧，但開(kāi)發具有适當熱電(diàn)性能(néng)的粘合劑可能(néng)解決争論。正确的粘合劑解決方案可以實現具有片上(shàng)激光(guāng)器(qì)的光(guāng)學IC的大規模生(shēng)産，并為(wèi)大規模采用極低(dī)成本的矽光(guāng)子芯片鋪平了道路(lù)。

光(guāng)纖技(jì)術(shù)如何發展

    通(tōng)過降低(dī)無源和有源光(guāng)學元件(jiàn)的能(néng)耗，研究人員(yuán)正在為(wèi)克服光(guāng)學電(diàn)路(lù)與芯片的困難進行争論。他們還(hái)在繼續尋找可接受的粘合劑，以實現片上(shàng)激光(guāng)器(qì)，并且他們正在努力降低(dī)生(shēng)産和封裝微光(guāng)子器(qì)件(jiàn)的總成本。

    研究人員(yuán)對光(guāng)纖傳輸協議的改進的第三個(gè)發展趨勢可能(néng)是最重要的。這項研究與衆不同，因為(wèi)它是概念上(shàng)的，而不是物(wù)理上(shàng)的，更類似于計算(suàn)機(jī)科學家在開(kāi)發高(gāo)效計算(suàn)算(suàn)法方面熟悉的工(gōng)作。這種趨勢不僅降低(dī)了創新的成本，而且直接解決了數據中心面臨的首要挑戰：計算(suàn)能(néng)力。通(tōng)過改進光(guāng)纖系統中的傳輸協議，研究人員(yuán)可以通(tōng)過使數據中心内部通(tōng)信盡可能(néng)快地解決網絡瓶頸。

光(guāng)學對數據中心運營商意味著(zhe)什麽

    2006年(nián)，英特爾公司高(gāo)級副總裁Pat Gelsinger說：“如今，光(guāng)學還(hái)是一(yī)種利基技(jì)術(shù)。而在未來，它将是我們構建芯片的主流技(jì)術(shù)。”事(shì)實上(shàng)，光(guāng)學正在迅速成為(wèi)中央計算(suàn)的一(yī)個(gè)組成部分。光(guāng)纖已經在數據中心内部和周圍廣泛使用，而且這種趨勢在未來幾年(nián)内持續增長(cháng)。為(wèi)光(guāng)纖集成準備數據中心可能(néng)是許多(duō)運營商最具可擴展性的解決方案，直接資助該領域的研究和開(kāi)發對于企業(yè)來說可能(néng)是一(yī)個(gè)不錯(cuò)的選擇。