數(shù)據(jù)中心投資達(dá)2500億 85%新建骨干網(wǎng)轉(zhuǎn)向光纖

  ICC訊 – （作者：Christian Rookes）過(guò)去十年間，人工智能已迅速成為推動(dòng)商業(yè)與社會(huì)技術(shù)進(jìn)步的主要驅(qū)動(dòng)力。這場(chǎng)革命正深刻影響著數(shù)據(jù)中心的物理現(xiàn)實(shí)，不斷挑戰(zhàn)著其對(duì)電力、散熱和互聯(lián)帶寬需求的極限。

  曾經(jīng)，典型的數(shù)據(jù)中心主要處理網(wǎng)站服務(wù)或批處理等工作負(fù)載。而到了2025年，數(shù)據(jù)中心設(shè)施正快速演進(jìn)，以支持大規(guī)模并行機(jī)器學(xué)習(xí)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，其標(biāo)志是對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸有著異乎尋常的渴求。2023年，全球數(shù)據(jù)中心功耗徘徊在60吉瓦（GW）左右，預(yù)計(jì)到2030年將激增至219吉瓦，這突顯了AI指數(shù)級(jí)需求所驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)型。這165%的增長(zhǎng)幅度，在云計(jì)算崛起之外是前所未有的。如今，北美和亞洲的主要托管中心報(bào)告的空置率低于1%，這促使園區(qū)級(jí)設(shè)施的加速建設(shè)，以及云巨頭、AI初創(chuàng)公司和基礎(chǔ)設(shè)施專(zhuān)家之間的戰(zhàn)略合作。

  物理機(jī)架設(shè)計(jì)也在發(fā)生變化。以支持英偉達(dá)GB200 GPU的部署為例，最新的以AI為中心的集群，通常目標(biāo)單機(jī)架功率預(yù)算為30千瓦，一些前沿測(cè)試平臺(tái)甚至超過(guò)120千瓦。這種密度迫使供電、散熱架構(gòu)和線(xiàn)纜管理方面進(jìn)行高級(jí)工程優(yōu)化，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)正讓位于熱通道封閉、浸沒(méi)式冷卻和新一代連接方案。

  這些壓力正從根本上改變數(shù)據(jù)中心的建造和運(yùn)行方式。到2025年，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的資本支出預(yù)計(jì)將達(dá)到近2500億美元，運(yùn)營(yíng)商優(yōu)先選擇靠近可再生能源和強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)的地點(diǎn)，以滿(mǎn)足可持續(xù)性和技術(shù)雙重需求。

  光纖與銅纜：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的轉(zhuǎn)變

  多年來(lái)，銅纜因其較低的成本以及與服務(wù)器、交換機(jī)及舊有設(shè)備的普遍兼容性，曾被視為足以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接需求。然而，隨著AI對(duì)速度、帶寬和電磁性能的要求不斷提高，銅纜的技術(shù)局限性已凸顯出來(lái)。銅纜通常用于100米以?xún)?nèi)的距離，超過(guò)此范圍，信號(hào)衰減和串?dāng)_就成為主要障礙。這些限制與新的AI和云網(wǎng)絡(luò)范式格格不入，后者通常要求數(shù)百倍的速度，并需要具備跨越整棟建筑或整個(gè)園區(qū)的靈活性。

  因此，光纖布線(xiàn)已成為下一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的骨干。當(dāng)前的光纖鏈路在商業(yè)部署中通常能實(shí)現(xiàn)400-800 Gbps的持續(xù)數(shù)據(jù)速率，而目前已開(kāi)始服役的最先進(jìn)的光互聯(lián)技術(shù)，支持在數(shù)公里距離上實(shí)現(xiàn)高達(dá)1.6 Tbps的傳輸速率。光纖不受電磁干擾的特性，結(jié)合長(zhǎng)距離傳輸下極低的信號(hào)損耗和更高的熱穩(wěn)定性，使其對(duì)于實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模和研究設(shè)施常見(jiàn)的高可靠性和可擴(kuò)展性目標(biāo)至關(guān)重要。

  從成本角度看，雖然光纖部署的初始投資可能高于銅纜，尤其是在改造舊有基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，但其長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)節(jié)省是巨大的。這包括降低散熱需求、減少網(wǎng)絡(luò)生命周期內(nèi)的維護(hù)成本，以及因帶寬需求增長(zhǎng)而更換設(shè)備的頻率降低。對(duì)超大規(guī)模提供商的調(diào)查顯示，到2025年底，預(yù)計(jì)約85%的新建骨干網(wǎng)部署將采用光纖而非銅纜，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和邊緣計(jì)算的加速，這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)將進(jìn)一步鞏固。

  空芯光纖的突破

  近年來(lái)，光纖技術(shù)最具革命性的進(jìn)展或許是空芯光纖的開(kāi)發(fā)與商業(yè)化。與通過(guò)固體纖芯傳輸光的傳統(tǒng)單模或多模玻璃光纖不同，空芯光纖具有一個(gè)充滿(mǎn)空氣的中心腔體，周?chē)翘厥獾奈⒔Y(jié)構(gòu)包層。這種設(shè)計(jì)使得光子能以接近真空中光速的速度顯著更快地傳播，與傳統(tǒng)光纖相比，傳輸延遲降低高達(dá)30%。

圖一：由英國(guó)巴斯大學(xué)Leah Murphy在開(kāi)發(fā)解釋損耗發(fā)生模型時(shí)制造的空芯光纖橫截面圖。（圖片來(lái)源：Leah Murphy）

  空芯光纖的技術(shù)優(yōu)勢(shì)不僅限于速度。空氣的自然特性意味著光信號(hào)在空芯光纖中經(jīng)歷的非線(xiàn)性失真要少得多，這對(duì)于AI和高頻金融交易平臺(tái)常見(jiàn)的高功率和高比特率環(huán)境尤為重要。過(guò)去三年，信號(hào)損耗率已得到顯著改善。例如，總部位于英國(guó)漢普郡羅姆西的Lumenisity公司在嚴(yán)格的大都市試驗(yàn)中，展示了在1310納米波長(zhǎng)下低至0.28 dB/km的衰減，以及在45公里距離上維持10 Gbps的傳輸。

  微軟與Lumenisity的合作及隨后的收購(gòu)，不僅表明了對(duì)其性能的信任，也表明了對(duì)空芯光纖大規(guī)模部署的可制造性和準(zhǔn)備度的信心。隨后，在2025年9月，微軟宣布與康寧公司合作?？偛课挥诩~約州康寧市的該公司，其位于北卡羅來(lái)納州的光纖和光纜制造工廠將為微軟生產(chǎn)空芯光纖，以支持微軟擴(kuò)大其全球光纖生產(chǎn)和部署。

  包括日本的藤倉(cāng)和丹麥的NKT光子學(xué)在內(nèi)的主要光纖制造商，目前正在迭代支持更低損耗和更好環(huán)境穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。在骨干網(wǎng)場(chǎng)景中，空芯光纖的傳輸距離已經(jīng)超過(guò)典型玻璃光纖，在需要信號(hào)再生前可實(shí)現(xiàn)90-120公里的傳輸，而之前的最佳水平僅限于約60-80公里。

  盡管由于制造所需的精度和專(zhuān)業(yè)性，其每米成本仍然較高，但其戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)不可否認(rèn)。空芯光纖正在為超低延遲分布式AI集群、更遠(yuǎn)距離的計(jì)算資源整合以及金融和醫(yī)療數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施更強(qiáng)大的災(zāi)難恢復(fù)選項(xiàng)鋪平道路。其商業(yè)化道路預(yù)計(jì)將遵循早期光纖推出的路徑：關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用快速采用，隨后隨著規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)壓力推動(dòng)價(jià)格下降而得到更廣泛的采用。

  嵌入式OTDR：光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的重要工具

  數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)了復(fù)雜性，如今富含光纖、高密度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，其可靠性與監(jiān)控和診斷能力直接掛鉤。嵌入式光學(xué)時(shí)域反射儀（OTDR）已成為無(wú)侵入式光纖網(wǎng)絡(luò)診斷的首選方法。現(xiàn)代OTDR沿網(wǎng)絡(luò)光纖發(fā)送脈沖紅外光，并測(cè)量背向散射信號(hào)，以米級(jí)分辨率映射出接頭、彎曲和故障，即使在數(shù)公里跨度上也是如此。

  事實(shí)證明，使用嵌入式OTDR進(jìn)行持續(xù)遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)于最大限度減少停機(jī)時(shí)間、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)事件預(yù)警和快速響應(yīng)至關(guān)重要。對(duì)于處理AI訓(xùn)練或延遲敏感型應(yīng)用的設(shè)施而言，中斷可能意味著巨大的財(cái)務(wù)或運(yùn)營(yíng)損失，OTDR現(xiàn)在代表了運(yùn)營(yíng)完整性的關(guān)鍵基線(xiàn)。

圖二：高性能機(jī)架式嵌入式光時(shí)域反射儀。（圖片來(lái)源：Viavi）

  2025年，全球OTDR設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)7億美元，其中嵌入式、AI輔助的分析平臺(tái)占比不斷上升。這些系統(tǒng)能自動(dòng)解讀OTDR軌跡，突出顯示異常，并支持以前無(wú)法想象的規(guī)模下的預(yù)測(cè)性維護(hù)。維護(hù)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以在幾秒鐘內(nèi)定位故障，在故障發(fā)生前鎖定老化的連接器，并在無(wú)需進(jìn)行破壞性物理干預(yù)的情況下大幅提高端到端的服務(wù)水平。

  支撐這些進(jìn)步的是高靈敏度紅外傳感器，特別是那些采用砷化銦鎵雪崩光電二極管構(gòu)建的傳感器。這些探測(cè)器使OTDR能夠感知最微弱的信號(hào)返回，這對(duì)于高速率、長(zhǎng)距離鏈路至關(guān)重要。

圖三：用于高性能光網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的人眼安全型1550納米砷化銦鎵紅外傳感器。（圖片來(lái)源：Phlux Technology）

  近期的傳感器發(fā)展包括在化合物半導(dǎo)體制造工藝中摻入銻。這些所謂的“無(wú)噪聲InGaAs APD”有望提供比傳統(tǒng)器件高達(dá)12倍的靈敏度，并顯著降低誤碼率，這將加速修復(fù)并減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)。小型化和固態(tài)傳感器制造降低了成本，使得大規(guī)模部署和自動(dòng)化光纖監(jiān)控成為可能。

  數(shù)據(jù)中心的優(yōu)先事項(xiàng)：投資、可擴(kuò)展性與可靠性

  人工智能、光纖網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新和高級(jí)網(wǎng)絡(luò)分析的融合，正在重新描繪全球數(shù)據(jù)中心的競(jìng)爭(zhēng)格局。隨著投資在本世紀(jì)末沖刺2500億美元，服務(wù)提供商和企業(yè)正在擁抱能最大化可擴(kuò)展性、效率和可靠性的技術(shù)。空芯光纖可能會(huì)首先在大型金融中心和AI研究園區(qū)確立地位，然后擴(kuò)展到更多分布式存儲(chǔ)和計(jì)算設(shè)施。

  持續(xù)的OTDR支持監(jiān)控，加上光纖技術(shù)的不斷進(jìn)步，使面向AI的數(shù)據(jù)中心能夠管理海量信息，同時(shí)保持正常運(yùn)行時(shí)間和卓越運(yùn)營(yíng)。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，未來(lái)將集中于多層次彈性策略、快速采用技術(shù)的合作伙伴關(guān)系，以及持續(xù)的敏捷性，以跟上AI的爆發(fā)式增長(zhǎng)以及關(guān)于可持續(xù)性和數(shù)據(jù)主權(quán)的監(jiān)管要求。

  光纖革命，加上智能性能分析和新興的空芯技術(shù)力量，持續(xù)塑造著數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的格局。那些準(zhǔn)備好整合這些創(chuàng)新的企業(yè)，將在AI時(shí)代獲得運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)、更高的投資回報(bào)和可持續(xù)的性能表現(xiàn)。

  作者：Christian Rookes是Phlux Technology的市場(chǎng)副總裁，該公司是一家位于英國(guó)謝菲爾德的雪崩光電二極管紅外傳感器制造商。他在半導(dǎo)體和光通信領(lǐng)域擁有超過(guò)25年的技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)驗(yàn)。Christian擁有拉夫堡大學(xué)的工程和物理學(xué)學(xué)士學(xué)位以及倫敦經(jīng)濟(jì)學(xué)院的MBA Essentials證書(shū)。他持有兩項(xiàng)專(zhuān)利，其中一項(xiàng)涉及激光二極管電路的阻抗匹配。

  原文：https://www.eetimes.com/why-fiber-optics-is-replacing-copper-in-data-centers/