近年來，隨著光纖作為(wei) 長距離標準信息載體(ti) 的發展，矽光子學領域受到越來越多的關(guan) 注。服務器和客戶端之間的光學互連顯著提高了數據速度，但數據中心必須進行類似的改進，以跟上客戶需求的增長。

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雲(yun) 計算和大數據等技術使得一度令人驚歎的計算速度變得平淡無奇。中央計算為(wei) 企業(ye) 、大學、個(ge) 人和其他將計算密集型任務(特別是數據挖掘和人工智能)卸載到數據中心為(wei) 處理這些任務的工作人員提供了可擴展的解決(jue) 方案。

這種情況對數據中心運營商試圖超越競爭(zheng) 對手和對計算能力的需求增長提出了挑戰。為(wei) 了配合這種增長，供應商必須對其服務器設置進行相當大的改進，但是當今許多消費產(chan) 品中的電子技術可能不足以滿足對數據中心的需求。

一種全新的用於(yu) 傳(chuan) 輸和處理信息的媒介是光纖和光子學。光纖已經成為(wei) 一種新的標準，在消費者層麵，Google Fiber公司是一家知名的供應商。但是在這些光纖的末端，還是麵臨(lin) 眾(zhong) 所周知的最後一英裏問題，在電信號和光信號之間進行轉換可能是數據中心性能的下一個(ge) 重點。

像這裏所示的兩(liang) 個(ge) 單模光纜通常可以傳(chuan) 播比多模光纜更遠的信號，但其代價(jia) 是帶寬較低。單模光纖直徑僅(jin) 為(wei) 9微米，適用於(yu) 跨洋電纜和短距離應用。

光纖的曆史

雖然電子學一直是計算和有線電信的科學，但光學從(cong) 一開始就是通信技術的一部分。值得注意的是，1880年由亞(ya) 曆山大·格雷厄姆·貝爾和查爾斯·薩姆納·泰恩特發明的第一部無線電話通過調製光來傳(chuan) 輸聲音。貝爾也獲得了電話的專(zhuan) 利，他稱無線光電話是他一生中“最大的成就。”並表示，“是我的最偉(wei) 大的發明，比電話還偉(wei) 大。”

電力是第二次工業(ye) 革命的發展動力，而在此之後的幾年裏，光纖通信很少受到研究人員和科學家的關(guan) 注。康寧玻璃廠於(yu) 1970年開發光纖時，重新在光通信領域規劃發展。僅(jin) 僅(jin) 七年之後，光纖就進入了大眾(zhong) 市場。

光通信如何發展

在康寧公司研究開發將近40年後，目前正在開發第五代光纖通信技術。一些研究正在解決(jue) 第一代光纖研究人員所熟悉的挑戰，但正在開發的一些科學技術是新穎的。

光纖內(nei) 部反射的光，允許透射光的多個(ge) 路徑(即“模式”)的光纖(例如這裏描述的那些)被稱為(wei) 多模光纖。它們(men) 的接收錐可以很大，使發光二極管(LED)很容易用於(yu) 傳(chuan) 輸。單模光纖需要更精確的光發射，例如來自激光器。

例如，康寧試圖解決(jue) 與(yu) 光纖中產(chan) 生高信號損失的汙染物相關(guan) 的問題。

現在，研究人員正致力於(yu) 通過研究一種稱為(wei) 幹光纖的新材料來擴展波分複用(WDM)係統可以運行的波長範圍。僅(jin) 這一改進就可以使網絡帶寬增加7倍，其他研究有望進一步升級。研究人員也希望利用光孤子的概念來應對光纖麵臨(lin) 的挑戰，這種方法可能對第一代光纖科學家來說是完全陌生的。

目前的通信現狀

英特爾公司於(yu) 2015年宣布其集成電路(IC)的創新步伐早在2012年開始放緩。該公告引起觀察者的擔憂，即物理限製將結束IC上晶體(ti) 管計數倍增的速度，也就是眾(zhong) 所周知的摩爾定律。

記錄IC芯片上的晶體(ti) 管數量。晶體(ti) 管密度加倍的速度是1965年由飛兆半導體(ti) 研發部門主管戈登·摩爾首先提出的趨勢。

技術部門將感受到如此巨大的變化，處於(yu) 計算技術前沿的機構首先感受到麵臨(lin) 的挑戰，數據中心將會(hui) 在任何創新的放緩時第一時間響應。

雖然核心處理器看起來已達到極限，但網絡速度仍在不斷增長。光纖網絡的普及為(wei) 提高網絡速度提供了巨大的機會(hui) ，但新的瓶頸來自這些數據中心內(nei) 部的電子設備。但是如果光纖不僅(jin) 可以傳(chuan) 輸信息，而且還可以處理信息，那會(hui) 發生什麽(me) 情況呢?

應用在數據中心的光纖

近年來，隨著光纖作為(wei) 長距離標準信息載體(ti) 的發展，矽光子學領域受到越來越多的關(guan) 注。服務器和客戶端之間的光學互連顯著提高了數據速度，但數據中心必須進行類似的改進，以跟上客戶需求的增長。

矽光子學是滿足這種快速數據中心連接需求的可能解決(jue) 方案。這些光學鏈路可以是幾十公裏到幾厘米長的任何地方，在標尺的每一側(ce) 具有不同的信息協議和物理約束。從(cong) 長遠來看，使用光纖實現高帶寬傳(chuan) 輸會(hui) 導致使用單模光纖的高成本。這些光纖的厚度約為(wei) 8納米，需要昂貴的激光器進行傳(chuan) 輸，同樣需要精確的“微光子”電路進行信號處理。

300mm矽光子晶片是用於(yu) 在使用光纖進行數據傳(chuan) 輸的係統中處理光信號的光學電路的一個(ge) 例子。

這些組件已經投入使用，但麵臨(lin) 廣泛采用的最大挑戰是激光技術的現狀。不僅(jin) 必須降低激光器的成本，而且還必須克服將它們(men) 安裝在光學微芯片上的物理障礙。

目前，科學家們(men) 對於(yu) 片上或片外激光器是否會(hui) 成為(wei) 標準存在分歧，但開發具有適當熱電性能的粘合劑可能解決(jue) 爭(zheng) 論。正確的粘合劑解決(jue) 方案可以實現具有片上激光器的光學IC的大規模生產(chan) ，並為(wei) 大規模采用極低成本的矽光子芯片鋪平了道路。

光纖技術如何發展

通過降低無源和有源光學元件的能耗，研究人員正在為(wei) 克服光學電路與(yu) 芯片的困難進行爭(zheng) 論。他們(men) 還在繼續尋找可接受的粘合劑，以實現片上激光器，並且他們(men) 正在努力降低生產(chan) 和封裝微光子器件的總成本。

研究人員對光纖傳(chuan) 輸協議的改進的第三個(ge) 發展趨勢可能是最重要的。這項研究與(yu) 眾(zhong) 不同，因為(wei) 它是概念上的，而不是物理上的，更類似於(yu) 計算機科學家在開發高效計算算法方麵熟悉的工作。這種趨勢不僅(jin) 降低了創新的成本，而且直接解決(jue) 了數據中心麵臨(lin) 的首要挑戰：計算能力。通過改進光纖係統中的傳(chuan) 輸協議，研究人員可以通過使數據中心內(nei) 部通信盡可能快地解決(jue) 網絡瓶頸。

光學對數據中心運營商意味著什麽(me)

2006年，英特爾公司高級副總裁Pat Gelsinger說：“如今，光學還是一種利基技術。而在未來，它將是我們(men) 構建芯片的主流技術。”事實上，光學正在迅速成為(wei) 中央計算的一個(ge) 組成部分。光纖已經在數據中心內(nei) 部和周圍廣泛使用，而且這種趨勢在未來幾年內(nei) 持續增長。為(wei) 光纖集成準備數據中心可能是許多運營商最具可擴展性的解決(jue) 方案，直接資助該領域的研究和開發對於(yu) 企業(ye) 來說可能是一個(ge) 不錯的選擇。