數(shù)據(jù)中心分解如何滿足聯(lián)合封裝光學(xué)器件的需求

從在線交易到流媒體視頻和大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)中心被證明是我們智能互聯(lián)世界的主力軍。越來越多的數(shù)據(jù)加上越來越復(fù)雜的數(shù)據(jù)正在導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心架構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)中心架構(gòu)出現(xiàn)了一種新趨勢(shì)，以解決這兩種潛在的力量：數(shù)據(jù)中心分解。

為了支持更有效地處理海量數(shù)據(jù)工作負(fù)載，分散的數(shù)據(jù)中心以計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和光學(xué)資源為標(biāo)志，這些資源被分隔在不同的盒子中并以光學(xué)方式連接。

讓我們來看看數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的變化以及光學(xué)技術(shù)如何促進(jìn)這些變化。

對(duì)高帶寬和低延遲的不可阻擋的需求

云計(jì)算正在將其覆蓋范圍擴(kuò)展到包括芯片設(shè)計(jì)在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)。與此同時(shí)，軟件平臺(tái)、電子商務(wù)和社交媒體等數(shù)據(jù)密集型領(lǐng)域的公司正在建設(shè)自己的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。這些中心內(nèi)部有數(shù)千到數(shù)萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，它們努力工作以支持我們通過移動(dòng)設(shè)備觀看電影、購(gòu)買雜貨和工作的功能和交易。要了解數(shù)據(jù)需求的發(fā)展方向，請(qǐng)查看IEEE 802.3 以太網(wǎng)帶寬評(píng)估報(bào)告中的這些評(píng)估：

到 2025 年，預(yù)計(jì)將有 380 億臺(tái)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，高于今年的約 290 億臺(tái)

從 2017 年到今年，預(yù)計(jì)每用戶和每戶的平均流量將增長(zhǎng) 200%

基于視頻的數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)將從 2017 年的 75% 數(shù)據(jù)（每月約 90 艾字節(jié)）增長(zhǎng)到今年的 82% 數(shù)據(jù)（每月約 325 艾字節(jié)）

用于更快數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饣ミB

分散的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)非常適合滿足對(duì)高帶寬和低延遲的無(wú)盡需求。在這種方法中，光互連連接同質(zhì)資源，提供更好的靈活性、更高的密度和更好的利用率。當(dāng)工作負(fù)載進(jìn)入時(shí)，中央智能單元會(huì)計(jì)算出并僅從計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源中獲取所需的內(nèi)容，從而消除任何浪費(fèi)。然后可以將剩余資源定向到其他作業(yè)。

光互連通過光傳輸信號(hào)。與銅對(duì)應(yīng)物相比，光互連支持更高的帶寬和速度、更低的延遲和更低的功耗。他們已經(jīng)在機(jī)架到機(jī)架、房間到房間和建筑物到建筑物的配置中證明了自己的價(jià)值。憑借其可插拔模塊，使用光互連還可以更輕松地升級(jí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以支持 400G、800G 和 1.6T 以太網(wǎng)。

隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)速度超過 400 Gbps，許多工程師擔(dān)心將電信號(hào)驅(qū)動(dòng)到光學(xué)模塊需要多少功率。由集成電子和光子芯片的單個(gè)封裝組成的共同封裝光學(xué)器件可以提供幫助。主機(jī) SoC 和光學(xué)接口之間的電氣鏈路連接到封裝中的共同封裝光學(xué)器件，而不是連接到服務(wù)器機(jī)架面板中的可插拔模塊，從而使鏈路更短，因此更節(jié)能。

Die-to-Die 接口 IP 的作用

當(dāng)系統(tǒng)采用共同封裝的光學(xué)器件時(shí)，光學(xué)互連必須支持多芯片模塊 （MCM）。MCM 依靠 die-to-die 控制器和 PHY 進(jìn)行連接。這些控制器需要在高性能計(jì)算、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò) SoC 中提供高效的芯片間連接，理想情況下應(yīng)該針對(duì)延遲、帶寬、功率和面積進(jìn)行優(yōu)化。與此同時(shí)，PHY 根據(jù)需要采用不同的格式。

許多設(shè)計(jì)人員在銅互連上使用長(zhǎng)距離 PHY，但這些已經(jīng)開始達(dá)到極限，尤其是對(duì)于具有數(shù)百個(gè) PHY 通道的大型 SoC。這導(dǎo)致一些工程師采用極短距離 （VSR） PHY 來實(shí)現(xiàn)可插拔光學(xué)模塊。

隨著共同封裝光學(xué)模塊、超短距離 （XSR） PHY 以及展望未來的通用 Chiplet Interconnect Express （UCIe） PHY 的日益普及，無(wú)疑也將發(fā)揮重要作用。這兩種格式都允許將光學(xué)芯片放置在非?？拷鳈C(jī)芯片或同一封裝基板上。

數(shù)據(jù)使我們的數(shù)字世界運(yùn)轉(zhuǎn)起來，為了滿足我們對(duì)數(shù)據(jù)永不滿足的需求，分散的數(shù)據(jù)中心正在成為一種流行的架構(gòu)。光互連是他們的高速公路，有助于確保我們能夠通過復(fù)雜的建模發(fā)現(xiàn)有用的見解，從我們的智能手機(jī)流式傳輸高清節(jié)目，并順利、快速地參與各種其他在線活動(dòng)。

作者：Manuel Mota，Manmeet Walia

審核編輯：郭婷