提到數據中心，也許大家并不覺得自己跟它有什么強關聯。順暢的網購、在線觀看自己喜歡的高清視頻、隨時查看航班飛行情況、高鐵站刷臉進站、刷身份證檢票、隨時掌握世界動態…這些看起來只是打開幾個APP就能實現的場景，背后流動著的是海量的數據。這些便利都得益于數據中心所提供的強大算力。

所以，沒有數據中心，真的不行。可以說，數據中心對于這個追求萬物智能的世界來說是必需品，而日漸龐大的數據量和日益復雜的數據本身讓數據中心的架構也在發生重大轉變，比如出現了能匯集所有資源的超融合服務器平臺。現在還有一種新的趨勢，即“數據中心解耦架構”，也就是將資源分散到不同的模塊中，并以光學方式進行連接。這條發展路徑就是為了能更有效地處理未來日益龐大的工作負載。

數據密集型應用

推動著數字世界不斷向前

根據IEEE 802.3以太網帶寬評估報告，推動數據增長的相關數字十分震撼：

2020年，接入互聯網的設備數量約為290億臺;到2025年，該數字預計會增長至約380億臺

2017年到2020年，每個用戶和家庭的平均流量預計增加了近200%

視頻是導致帶寬激增的一個主要驅動因素，2017年視頻所消耗的數據份額為75%(每月約90EB)，2020年已達82%(每月約325EB)

社交媒體、電子商務和軟件平臺等行業的數據密集型企業都在投資建設自己的超大規模數據中心，用于容納數千至數萬臺服務器，以提供可擴展性來支持一系列強大的在線業務和交易。

此外，由于機器對機器的通信增加，數據本身也變得越來越復雜，所需的帶寬也更多。隨著數據量和數據復雜性增加，超融合計算平臺應運而生。這類平臺依賴PCI Express 和以太網等高速接口來實現高吞吐量連接，并依賴CXL 2.0和CXL 3.0來實現高效的內存共享。服務器的電源、冷卻與機架管理將在服務器之間共享，并通過銅互連進行連接。

光互連為數據中心

解耦架構照亮前路

為了讓數據中心能夠更靈活、更高密度、以及資源分配利用率更高，開發者們正在努力實現數據中心的解耦架構。在解耦架構中，同類資源(存儲、計算、網絡等)通過光互連進行連接。

這種架構的優勢之一就是不會浪費資源：一個工作負載需要一定數量的存儲(x)、計算(y)和網絡(z)資源，在解耦架構中，每個工作負載所需的資源會被分配好，并從每個模塊按需調取，再由光學互連提供用于數據傳輸的高速線路，其余資源則會釋放用于其他工作負載。

相比之下，在超融合服務器中，不管工作負載實際需要多少資源，對于給定作業的所有存儲、計算和網絡資源都會被鎖定，因此會浪費造成一些資源的浪費。

銅互連憑借其高導電性、低成本、柔軟性和耐熱性，一直發揮著重要作用。目前，銅主要用于服務器機架中。隨著網絡速度提升，通過銅纜長距離可靠地驅動數據信號所需的功耗和帶寬也隨之增加。這一趨勢為光互連鋪平了道路。光互連現已成為機架到機架、房間到房間和建筑物到建筑物配置中的主要連接方式。光互連是通過光來傳輸信號，因此光互連與金屬互連相比，帶寬更高、速度更快，延遲和功耗也更低，因而非常適合數據中心的解耦架構。

此外，光互連還可充分利用一些新推出的技術來實現網絡基礎設施升級，例如支持400G、800G和1.6T以太網的技術。這種便利性是通過使用光纜連接可插拔光學模塊來實現的，這類模塊為將光纖電纜連接到網絡設備這一過程提供了一種相對簡單靈活的方式。

隨著網絡速度增加到400Gbps以上，將電信號驅動到各個模塊所需的功耗是個挑戰，而這正是共封裝光學技術(CPO)在芯片上的用武之地。共封裝光學是在單個封裝內集成電芯片和光芯片而成。傳統上，電子組件和光子組件通過可插拔模塊來實現，這些設備連接在PCB的邊緣并朝向服務器機架。但是，由于小型化的發展趨勢及相關的要求，在單個封裝內集成所有功能會更加可行。如果是連接到共封裝光學中的封裝器件，而不是連接到機架面板中的可插拔模塊上，主機SoC與光接口之間的距離會變得更短，因而功耗會更低。

共封裝光學技術推動

die-to-die接口IP需求大漲

在系統中采用共封裝光學技術意味著，光互連必須支持多芯片模塊(MCM)，因而也就需要die-to-die控制器和PHY來實現連接。為了在服務器、網絡和高性能計算SoC中提供高效的die-to-die連接，這些控制器應針對延遲、帶寬、功耗和面積進行優化。循環冗余校驗(CRC)和前向糾錯(FEC)等功能有助于降低誤碼率(BER)。至于PHY，開發者一直使用的是銅互連的長距離連接方式，但對于具有數百個PHY通道的大型SoC，這種連接方式逐漸超出物理定律的極限，于是很多開發者開始轉向采用可插拔光學模塊的Very Short Reach(VSR)PHY。隨著共封裝光學日益普及，Extra Short Reach(XSR)PHY以及未來的通用芯片高速互連(UCIe)PHY日后可能會更加受歡迎，因為它們可實現將光子芯片放在非常靠近主機芯片的地方，甚至是放在同一個封裝基板上。

新思科技提供了多種解決方案來應對設計解耦數據中心架構時所面臨的挑戰，其中包括：

DesignWare Die-to-Die 控制器IP

面向每通道112Gbps晶粒間連接的DesignWare XSR PHY IP

面向VSR的DesignWare 112G以太網PHY IP

DesignWare die-to-die控制器IP與DesignWare XSR PHY IP相集成，為端到端的die-to-die鏈路提供了出色的低延遲性能。這一完整解決方案讓開發者無需開發協議轉換棧，即可連接到SoC結構。為了進一步實現先進的多裸晶系統設計和集成，新思科技提供了面向2.5D和3D設計的3DIC Compiler統一平臺，該平臺構建在Fusion Design Platform的通用單數據模型基礎架構之上。對于共封裝光學器件，新思科技的產品組合中還包含了OptoCompiler，這是一個面向電氣與光子芯片設計、布局、仿真和驗證的集成平臺。

在這個數據驅動的世界，只要上網，我們活動所產生的數據就會在數據中心走一程。為了能夠更好地處理更加龐大的數據量以及更加復雜的數據，數據中心的架構也在不斷優化和改進，超大規模計算中心和解耦架構也因此誕生并逐漸普及。數據解耦即通過分離每個組件，讓工作負載只是用它所需要的資源，從而避免其他架構中存在的資源浪費情況。光互聯為數據中心解耦架構提供了高速連接，賦能我們的生活更加“暢通無阻”。

原文標題：數據中心架構升級，用光來傳輸數據是種怎樣的體驗?

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審核編輯：湯梓紅