Ciena 448G/通道技術(shù)進(jìn)展全景：AI時(shí)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的下一代范式

  ICC訊 過去兩年多，AI始終是科技界的主角，它像一臺巨大的經(jīng)濟(jì)火車頭，牽引著全球各行各業(yè)的機(jī)遇列車一路狂奔。很多人尚未完全適應(yīng)的是，這趟列車的速度仍在不斷刷新紀(jì)錄——數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)就是最新例證。

  按照既定節(jié)奏，基于224 Gb/s每通道的1.6 T IMDD 光模塊將在2025年下半年開始規(guī)模部署。然而，Ciena早在一年前就已把行業(yè)的目光拉向更遠(yuǎn)的下一站：在2024年10月的OCP全球峰會上，我們率先完成了448 G PAM4的實(shí)時(shí)演示，向全世界展示了首個(gè)448G數(shù)據(jù)眼圖。

  Ciena Booth at OCP Global Summit, October 2024

  如果把時(shí)間線拉長，更能體會這種加速度：2014年，第一顆真正意義上的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)芯片問世；此后11年里，交換芯片的通道速率只經(jīng)歷了25G→50G→100G兩次翻倍。而AI帶來的需求，正迫使行業(yè)在極短時(shí)間內(nèi)完成兩次同等幅度的躍遷。更要命的是，隨著信號進(jìn)入“飛秒”級精度，工程復(fù)雜度呈指數(shù)級上升。

  有人會問，近封裝（NPO）與合封裝（CPO）光學(xué)是否削弱了對更高IO速率的需求？答案是否定的。下文會講到，448G信號帶來的直接收益恰恰體現(xiàn)在GPU性能上——無論最終采用哪種互連形態(tài)，系統(tǒng)級價(jià)值始終存在。

  Data Center Optics Evolution

   對更高數(shù)據(jù)中心帶寬的需求

  對更高速帶寬的迫切需求，直接源于 GPU 本身的演進(jìn)及其與芯片機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。隨著算力需求不斷膨脹，為了塞進(jìn)更多計(jì)算電路，GPU 的芯片尺寸被推向極限，在某些情況下已達(dá)到約 800 mm2 的光罩極限尺寸。如今，GPU 更是以成千上萬、乃至數(shù)萬顆的規(guī)模組成集群，這意味著巨量數(shù)據(jù)必須通過位于芯片四周——即所謂“beachfront”——的高速 IO 接口流出芯片。問題隨之而來：當(dāng)芯片面積增大時(shí)，計(jì)算資源隨面積成比例增長，而高速 IO 資源卻只能沿著周長增加，這就是著名的 beachfront 瓶頸。

  以下是一個(gè)極度簡化的示例，說明更大的芯片如何降低 beachfront 與算力之比。假設(shè)某一代升級將 GPU 邊長從 24 mm 提升到 28 mm，則芯片核心算力區(qū)域從 576 mm2 增至 784 mm2，增幅 36%。

  How Larger Dies Change Compute to IO Ratio

  與此同時(shí)，芯片周長——也就是裸片的 beachfront 區(qū)域所在的位置——僅從 96 mm 增加到 112 mm，增幅約 17%。因此，大致來看，在其他條件不變的情況下，第二代 GPU 帶來的數(shù)據(jù)生成資源比外部通信資源多出約 20%。提高 beachfront IO 的數(shù)據(jù)速率已被證實(shí)能夠有效緩解由此瓶頸造成的限制。

   Ciena 在 OFC 2025 展示的 448G 技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力

  Ciena正直面beachfront難題。從2024年在OCP上進(jìn)行的448G PAM演示及相關(guān)技術(shù)報(bào)告開始，我們一直以驚人速度推進(jìn)該技術(shù)。在OFC 2025上，我們呈現(xiàn)了三個(gè)重要技術(shù)展示。盡管每項(xiàng)展示各有側(cè)重，其背后的共同目標(biāo)始終如一：加速推動整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，盡快交付客戶所需的解決方案。下面逐一細(xì)看每項(xiàng)展示及其推動的前沿創(chuàng)新：

  1.Ciena 在OFC 2025的現(xiàn)場發(fā)射端光學(xué)演示展示了400G PAM4 數(shù)據(jù)眼圖，該演示由Ciena與 Coherent 合作完成，Coherent提供了電吸收調(diào)制激光器（EML）。EML 歷來是每一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)新速率節(jié)點(diǎn)最早部署的激光器，并且至今仍是當(dāng)今運(yùn)行中的絕大多數(shù)單模鏈路的中堅(jiān)力量。此次展示 448G Tx 技術(shù)（包括 DSP 發(fā)射機(jī)與 EML）是帶動整個(gè)生態(tài)向上邁出的關(guān)鍵一步。

  OFC 2025 400G PAM4 Optical Demo in Partnership with Coherent

  2.Ciena在OIF展臺現(xiàn)場展示的448G主機(jī)接口演示受到了前所未有的關(guān)注——原因顯而易見。當(dāng)前448G落地最炙手可熱的議題，莫過于主機(jī)側(cè)的調(diào)制格式：銅互連的帶寬約束帶來了光口不曾遇到的挑戰(zhàn)。盡管PAM6近期備受矚目，但仍有許多工作亟待完成，而Ciena正在其中扮演關(guān)鍵推手。原因在于，我們的主機(jī)接口SerDes能夠同時(shí)支持PAM4、PAM6與PAM8，從而為關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)——包括定量數(shù)據(jù)采集與分析——鋪平道路；這一點(diǎn)已在此次重要演示中得到充分展示。若您計(jì)劃出席今年的ECOC，歡迎蒞臨Ciena演講“Powering AI：探索448G電互連調(diào)制策略”，了解該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

  OFC 2025 Demo at OIF Booth Showing 448G Data Using Different Modulation Formats

  我們的靈活調(diào)制平臺已支持今天的深度技術(shù)探索。Ciena 高級工程總監(jiān) Naim Ben-Hamida 在 2025年4月OIF Workshop上進(jìn)一步分享了調(diào)制格式的權(quán)衡數(shù)據(jù)與洞察，演示資料已公開。

  Ciena Senior Director for Analog Design, Naim Ben-Hamida, Presents as OIF Workshop in April of 2025

   世界首個(gè)3.2 T、2 km鏈路

  我們與Keysight、HyperLight及McGill大學(xué)合作，發(fā)布了一篇會后論文：基于8×448 G通道的2 km 3.2 T鏈路，首次實(shí)現(xiàn)端到端打通。HyperLight提供薄膜鈮酸鋰（TFLN）調(diào)制器，McGill 負(fù)責(zé)測試環(huán)境。論文把單通道科學(xué)成果推進(jìn)到接近工程系統(tǒng)的維度，并配有詳細(xì)實(shí)驗(yàn)視頻。

  Optical Data Eye at 448G Used for 2km Link Demo Described in Post-Deadline Paper with McGill University, Hyperlight and Keysight

   推動448G技術(shù)發(fā)展的協(xié)作

  好消息是，整個(gè)行業(yè)正以刻不容緩的節(jié)奏推進(jìn) 448G。目前，產(chǎn)業(yè)各方似乎已形成“每六個(gè)月同步一次技術(shù)進(jìn)展”的節(jié)奏。起點(diǎn)是 2024 年 11 月以太網(wǎng)聯(lián)盟的技術(shù)探索論壇（TEF），隨后 2025 年 4 月 OIF 又舉辦了 448G 研討會。這些會議至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈儼汛罅考夹g(shù)供應(yīng)商與最終采用該技術(shù)的云服務(wù)商聚集在一起，后者能直接闡明需求。值得強(qiáng)調(diào)的是，IEEE 也已啟動 448G 相關(guān)工作：2025 年 6 月召開了面向新以太網(wǎng)應(yīng)用（NEA）的特設(shè)會議。這些只是 AI 時(shí)代第一代 IEEE 協(xié)議征程的起點(diǎn)。

  面向下一代數(shù)據(jù)中心 AI 網(wǎng)絡(luò)，有兩點(diǎn)已經(jīng)十分明確：一是行業(yè)必須交付 448G 基礎(chǔ)設(shè)施，二是必須迅速交付。這需要整個(gè)生態(tài)的大量參與者——芯片廠商、PCB 制造商、先進(jìn)線纜與連接器供應(yīng)商、標(biāo)準(zhǔn)組織，尤其是云服務(wù)商——共同進(jìn)化到更緊密協(xié)作與合作的新范式，才能確保成功。早期跡象令人鼓舞，接下來就看我們能否讓這趟高速列車?yán)^續(xù)飛馳。