ICC訊 – （作者：Christian Rookes）過去十年間，人工智能已迅速成為推動商業(yè)與社會技術(shù)進步的主要驅(qū)動力。這場革命正深刻影響著數(shù)據(jù)中心的物理現(xiàn)實，不斷挑戰(zhàn)著其對電力、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)或批處理等工作負載。而到了2025年，數(shù)據(jù)中心設(shè)施正快速演進，以支持大規(guī)模并行機器學(xué)習(xí)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，其標(biāo)志是對大規(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)計到2030年將激增至219吉瓦，這突顯了AI指數(shù)級需求所驅(qū)動的轉(zhuǎn)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(qū)級設(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)施專家之間的戰(zhàn)略合作。

  物理機架設(shè)計也在發(fā)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(biāo)單機架功率預(yù)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(gòu)和線纜管理方面進行高級工程優(yōu)化，傳統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)中心的建造和運行方式。到2025年，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的資本支出預(yù)計將達到近2500億美元，運營商優(yōu)先選擇靠近可再生能源和強大網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)的地點，以滿足可持續(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，銅纜因其較低的成本以及與服務(wù)器、交換機及舊有設(shè)備的普遍兼容性，曾被視為足以滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)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(shù)局限性已凸顯出來。銅纜通常用于100米以內(nèi)的距離，超過此范圍，信號衰減和串?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園區(qū)的靈活性。

  因此，光纖布線已成為下一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的骨干。當(dāng)前的光纖鏈路在商業(yè)部署中通常能實現(xiàn)400-800 Gbps的持續(xù)數(shù)據(jù)速率，而目前已開始服役的最先進的光互聯(lián)技術(shù)，支持在數(shù)公里距離上實現(xiàn)高達1.6 Tbps的傳輸速率。光纖不受電磁干擾的特性，結(jié)合長距離傳輸下極低的信號損耗和更高的熱穩(wěn)定性，使其對于實現(xiàn)超大規(guī)模和研究設(shè)施常見的高可靠性和可擴展性目標(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，但其長期的運營節(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)的維護成本，以及因帶寬需求增長而更換設(shè)備的頻率降低。對超大規(guī)模提供商的調(diào)查顯示，到2025年底，預(yù)計約85%的新建骨干網(wǎng)部署將采用光纖而非銅纜，隨著機器學(xué)習(xí)和邊緣計算的加速，這一趨勢預(yù)計將進一步鞏固。

  空芯光纖的突破

  近年來，光纖技術(shù)最具革命性的進展或許是空芯光纖的開發(fā)與商業(yè)化。與通過固體纖芯傳輸光的傳統(tǒng)單模或多模玻璃光纖不同，空芯光纖具有一個充滿空氣的中心腔體，周圍是特殊的微結(jié)構(gòu)包層。這種設(shè)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(tǒng)光纖相比，傳輸延遲降低高達30%。

圖一：由英國巴斯大學(xué)Leah Murphy在開發(fā)解釋損耗發(fā)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(shù)優(yōu)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(jīng)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(huán)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(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。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(chǎn)空芯光纖，以支持微軟擴大其全球光纖生產(chǎn)和部署。

  包括日本的藤倉和丹麥的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。在骨干網(wǎng)場景中，空芯光纖的傳輸距離已經(jīng)超過典型玻璃光纖，在需要信號再生前可實現(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業(yè)性，其每米成本仍然較高，但其戰(zhàn)略優(yōu)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(yī)療數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施更強大的災(zāi)難恢復(fù)選項鋪平道路。其商業(yè)化道路預(yù)計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(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的重要工具

  數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來了復(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)時域反射儀（OTDR）已成為無侵入式光纖網(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(shù)公里跨度上也是如此。

  事實證明，使用嵌入式OTDR進行持續(xù)遠程監(jiān)控對于最大限度減少停機時間、實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)事件預(yù)警和快速響應(yīng)至關(guān)重要。對于處理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務(wù)或運營損失，OTDR現(xiàn)在代表了運營完整性的關(guān)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(shè)備市場規(guī)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(tǒng)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(guī)模下的預(yù)測性維護。維護團隊現(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，并在無需進行破壞性物理干預(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(guān)重要。

圖三：用于高性能光網(wǎng)絡(luò)監(jiān)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(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“無噪聲InGaAs APD”有望提供比傳統(tǒng)器件高達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)場維護開銷。小型化和固態(tài)傳感器制造降低了成本，使得大規(guī)模部署和自動化光纖監(jiān)控成為可能。

  數(shù)據(jù)中心的優(yōu)先事項：投資、可擴展性與可靠性

  人工智能、光纖網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新和高級網(wǎng)絡(luò)分析的融合，正在重新描繪全球數(shù)據(jù)中心的競爭格局。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展性、效率和可靠性的技術(shù)。空芯光纖可能會首先在大型金融中心和AI研究園區(qū)確立地位，然后擴展到更多分布式存儲和計算設(shè)施。

  持續(xù)的OTDR支持監(jiān)控，加上光纖技術(shù)的不斷進步，使面向AI的數(shù)據(jù)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(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時代獲得運營優(yōu)勢、更高的投資回報和可持續(xù)的性能表現(xiàn)。

  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(dǎo)體和光通信領(lǐng)域擁有超過25年的技術(shù)營銷經(jīng)驗。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)濟學(xué)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/