數(shù)據(jù)中心分解的興起如何創(chuàng)造對(duì)共封裝光學(xué)器件的需求

作者：Manuel Mota，Manmeet Walia

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。更多的數(shù)據(jù)加上日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)正在導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)中心架構(gòu)出現(xiàn)了一種新的趨勢(shì)，以解決這兩種潛在的力量：數(shù)據(jù)中心分解。

為了支持更高效地處理海量數(shù)據(jù)工作負(fù)載，分解的數(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)算正在將其業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)展到包括芯片設(shè)計(jì)在內(nèi)的各個(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)域的公司正在構(gòu)建自己的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。這些中心內(nèi)有數(shù)千至數(shù)萬臺(tái)服務(wù)器，他們努力工作以支持功能和交易，使我們能夠觀看電影，購買雜貨以及從移動(dòng)設(shè)備上工作。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)告中的以下評(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)每個(gè)用戶和每個(gè)家庭的平均流量將增加200%

基于視頻的數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)將從 2017 年占數(shù)據(jù)的 75%（每月約 90 EB）增長到今年占數(shù)據(jù)的 82%（每月約 325 EB）。

用于更快數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饣ミB

分解的數(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限需求。在這種方法中，光互連連接同構(gòu)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)，中央智能部門會(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)。

光學(xué)互連通過光傳輸信號(hào)。與銅纜相比，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)證明了自己在機(jī)架到機(jī)架、房間到房間和建筑物到建筑物配置方面的價(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)心需要多少功率才能將電信號(hào)驅(qū)動(dòng)到光模塊。由集成電氣和光子芯片的單個(gè)封裝組成的共封裝光學(xué)器件可以提供幫助。主機(jī) SoC 和光學(xué)接口之間的電鏈路連接到封裝中的共封裝光學(xué)器件，而不是連接到服務(wù)器機(jī)架面板上的可插拔模塊，從而使鏈路更短，因此能效更高。

芯片對(duì)芯片接口 IP 的作用

當(dāng)系統(tǒng)采用共封裝光學(xué)器件時(shí)，光學(xué)互連必須支持多芯片模塊 （MCM）。MCM 依靠芯片對(duì)芯片控制器和 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)針對(duì)延遲、帶寬、功耗和面積進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，PHY根據(jù)需要提供不同的格式。

許多設(shè)計(jì)人員在銅互連上使用長距離PHY，但這些互連開始達(dá)到極限，特別是對(duì)于具有數(shù)百個(gè)PHY通道的大型SoC。這導(dǎo)致一些工程師使用非常短距離（VSR）PHY來制作可插拔光學(xué)模塊。

隨著共封裝光模塊的日益普及，超短距離（XSR）PHY以及展望未來，通用小芯片互連高速（UCIe）PHY無疑也將發(fā)揮重要作用。這兩種格式都允許將光學(xué)芯片放置在非常靠近主機(jī)芯片或位于同一封裝基板上。

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)的永不滿足的需求，分解的數(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，有助于確保我們可以通過復(fù)雜的建模發(fā)現(xiàn)有用的見解，從我們的智能手機(jī)流式傳輸高清程序，并順利，快速地參與各種其他在線活動(dòng)。

審核編輯：郭婷