ICC訊 – （作者：Christian Rookes）過去十年間，人工智能已迅速成為推動商業與社會技術進步的主要驅動力。這場革命正深刻影響著數據中心的物理現實，不斷挑戰著其對電力、散熱和互聯帶寬需求的極限。

  曾經，典型的數據中心主要處理網站服務或批處理等工作負載。而到了2025年，數據中心設施正快速演進，以支持大規模并行機器學習和深度神經網絡訓練，其標志是對大規模數據傳輸有著異乎尋常的渴求。2023年，全球數據中心功耗徘徊在60吉瓦（GW）左右，預計到2030年將激增至219吉瓦，這突顯了AI指數級需求所驅動的轉型。這165%的增長幅度，在云計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告的空置率低于1%，這促使園區級設施的加速建設，以及云巨頭、AI初創公司和基礎設施專家之間的戰略合作。

  物理機架設計也在發生變化。以支持英偉達GB200 GPU的部署為例，最新的以AI為中心的集群，通常目標單機架功率預算為30千瓦，一些前沿測試平臺甚至超過120千瓦。這種密度迫使供電、散熱架構和線纜管理方面進行高級工程優化，傳統設計正讓位于熱通道封閉、浸沒式冷卻和新一代連接方案。

  這些壓力正從根本上改變數據中心的建造和運行方式。到2025年，數據中心領域的資本支出預計將達到近2500億美元，運營商優先選擇靠近可再生能源和強大網絡主干網的地點，以滿足可持續性和技術雙重需求。

  光纖與銅纜：數據中心基礎設施的轉變

  多年來，銅纜因其較低的成本以及與服務器、交換機及舊有設備的普遍兼容性，曾被視為足以滿足數據中心內部連接需求。然而，隨著AI對速度、帶寬和電磁性能的要求不斷提高，銅纜的技術局限性已凸顯出來。銅纜通常用于100米以內的距離，超過此范圍，信號衰減和串擾就成為主要障礙。這些限制與新的AI和云網絡范式格格不入，后者通常要求數百倍的速度，并需要具備跨越整棟建筑或整個園區的靈活性。

  因此，光纖布線已成為下一代數據中心網絡的骨干。當前的光纖鏈路在商業部署中通常能實現400-800 Gbps的持續數據速率，而目前已開始服役的最先進的光互聯技術，支持在數公里距離上實現高達1.6 Tbps的傳輸速率。光纖不受電磁干擾的特性，結合長距離傳輸下極低的信號損耗和更高的熱穩定性，使其對于實現超大規模和研究設施常見的高可靠性和可擴展性目標至關重要。

  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設施時，但其長期的運營節省是巨大的。這包括降低散熱需求、減少網絡生命周期內的維護成本，以及因帶寬需求增長而更換設備的頻率降低。對超大規模提供商的調查顯示，到2025年底，預計約85%的新建骨干網部署將采用光纖而非銅纜，隨著機器學習和邊緣計算的加速，這一趨勢預計將進一步鞏固。

  空芯光纖的突破

  近年來，光纖技術最具革命性的進展或許是空芯光纖的開發與商業化。與通過固體纖芯傳輸光的傳統單模或多模玻璃光纖不同，空芯光纖具有一個充滿空氣的中心腔體，周圍是特殊的微結構包層。這種設計使得光子能以接近真空中光速的速度顯著更快地傳播，與傳統光纖相比，傳輸延遲降低高達30%。

圖一：由英國巴斯大學Leah Murphy在開發解釋損耗發生模型時制造的空芯光纖橫截面圖。（圖片來源：Leah Murphy）

  空芯光纖的技術優勢不僅限于速度。空氣的自然特性意味著光信號在空芯光纖中經歷的非線性失真要少得多，這對于AI和高頻金融交易平臺常見的高功率和高比特率環境尤為重要。過去三年，信號損耗率已得到顯著改善。例如，總部位于英國漢普郡羅姆西的Lumenisity公司在嚴格的大都市試驗中，展示了在1310納米波長下低至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，不僅表明了對其性能的信任，也表明了對空芯光纖大規模部署的可制造性和準備度的信心。隨后，在2025年9月，微軟宣布與康寧公司合作。總部位于紐約州康寧市的該公司，其位于北卡羅來納州的光纖和光纜制造工廠將為微軟生產空芯光纖，以支持微軟擴大其全球光纖生產和部署。

  包括日本的藤倉和丹麥的NKT光子學在內的主要光纖制造商，目前正在迭代支持更低損耗和更好環境穩定性的設計。在骨干網場景中，空芯光纖的傳輸距離已經超過典型玻璃光纖，在需要信號再生前可實現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業性，其每米成本仍然較高，但其戰略優勢不可否認。空芯光纖正在為超低延遲分布式AI集群、更遠距離的計算資源整合以及金融和醫療數據基礎設施更強大的災難恢復選項鋪平道路。其商業化道路預計將遵循早期光纖推出的路徑：關鍵任務應用快速采用，隨后隨著規模和競爭壓力推動價格下降而得到更廣泛的采用。

  嵌入式OTDR：光纖網絡監控的重要工具

  數字化轉型帶來了復雜性，如今富含光纖、高密度的數據中心網絡，其可靠性與監控和診斷能力直接掛鉤。嵌入式光學時域反射儀（OTDR）已成為無侵入式光纖網絡診斷的首選方法。現代OTDR沿網絡光纖發送脈沖紅外光，并測量背向散射信號，以米級分辨率映射出接頭、彎曲和故障，即使在數公里跨度上也是如此。

  事實證明，使用嵌入式OTDR進行持續遠程監控對于最大限度減少停機時間、實現網絡事件預警和快速響應至關重要。對于處理AI訓練或延遲敏感型應用的設施而言，中斷可能意味著巨大的財務或運營損失，OTDR現在代表了運營完整性的關鍵基線。

圖二：高性能機架式嵌入式光時域反射儀。（圖片來源：Viavi）

  2025年，全球OTDR設備市場規模已超過7億美元，其中嵌入式、AI輔助的分析平臺占比不斷上升。這些系統能自動解讀OTDR軌跡，突出顯示異常，并支持以前無法想象的規模下的預測性維護。維護團隊現在可以在幾秒鐘內定位故障，在故障發生前鎖定老化的連接器，并在無需進行破壞性物理干預的情況下大幅提高端到端的服務水平。

  支撐這些進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建的傳感器。這些探測器使OTDR能夠感知最微弱的信號返回，這對于高速率、長距離鏈路至關重要。

圖三：用于高性能光網絡監測的人眼安全型1550納米砷化銦鎵紅外傳感器。（圖片來源：Phlux Technology）

  近期的傳感器發展包括在化合物半導體制造工藝中摻入銻。這些所謂的“無噪聲InGaAs APD”有望提供比傳統器件高達12倍的靈敏度，并顯著降低誤碼率，這將加速修復并減少現場維護開銷。小型化和固態傳感器制造降低了成本，使得大規模部署和自動化光纖監控成為可能。

  數據中心的優先事項：投資、可擴展性與可靠性

  人工智能、光纖網絡創新和高級網絡分析的融合，正在重新描繪全球數據中心的競爭格局。隨著投資在本世紀末沖刺2500億美元，服務提供商和企業正在擁抱能最大化可擴展性、效率和可靠性的技術。空芯光纖可能會首先在大型金融中心和AI研究園區確立地位，然后擴展到更多分布式存儲和計算設施。

  持續的OTDR支持監控，加上光纖技術的不斷進步，使面向AI的數據中心能夠管理海量信息，同時保持正常運行時間和卓越運營。對于運營商而言，未來將集中于多層次彈性策略、快速采用技術的合作伙伴關系，以及持續的敏捷性，以跟上AI的爆發式增長以及關于可持續性和數據主權的監管要求。

  光纖革命，加上智能性能分析和新興的空芯技術力量，持續塑造著數字基礎設施的格局。那些準備好整合這些創新的企業，將在AI時代獲得運營優勢、更高的投資回報和可持續的性能表現。

  作者：Christian Rookes是Phlux Technology的市場副總裁，該公司是一家位于英國謝菲爾德的雪崩光電二極管紅外傳感器制造商。他在半導體和光通信領域擁有超過25年的技術營銷經驗。Christian擁有拉夫堡大學的工程和物理學學士學位以及倫敦經濟學院的MBA Essentials證書。他持有兩項專利，其中一項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/