在AI時(shí)代，延遲對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)來說是一個(gè)日益重要的指標(biāo)。對(duì)于AI訓(xùn)練而言，低延遲有助于確保訓(xùn)練集群中的所有圖形處理單元（GPU）和節(jié)點(diǎn)得到有效利用，最大化減少閑置時(shí)間并提升整體訓(xùn)練效率。對(duì)于AI推理來說，低延遲更為關(guān)鍵，因?yàn)樗枰獙?shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的響應(yīng)。

隨著GPU集群規(guī)模擴(kuò)展到數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)百萬個(gè)GPU，電力、空間和可用性的限制正迫使AI集群分布在多個(gè)城域和區(qū)域數(shù)據(jù)中心。"跨越擴(kuò)展"這一術(shù)語現(xiàn)在正在進(jìn)入詞匯表，用來描述數(shù)據(jù)中心之間的AI網(wǎng)絡(luò)連接；然而，這些數(shù)據(jù)中心的位置及其之間的距離都受到延遲的限制。

光纖與延遲

數(shù)據(jù)中心延遲的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是光在光纖電纜中傳播所需的時(shí)間。隨著距離在城域、區(qū)域、長距離和海底網(wǎng)絡(luò)中的增加，這成為越來越主要的因素，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的延遲變得微不足道。因此，這種光纖延遲是距離和每公里光纖延遲的函數(shù)。銷售數(shù)據(jù)中心互聯(lián)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，如波長服務(wù)、暗光纖和管理光纖網(wǎng)絡(luò)（MOFN），通過擁有最短的光纖路由來區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

每公里光纖延遲是光纖折射率的函數(shù)。當(dāng)今的光纖最初在1960年代推出，迄今為止已部署超過70億公里。雖然它們繼續(xù)演進(jìn)，具有更低的損耗和更好的性能，但它們都有硅芯。硅芯光纖（SCF）的折射率約為1.5，這意味著光速比真空中的光慢約30%。

空心光纖改變游戲規(guī)則

空心光纖（HCF）是一種具有根本不同架構(gòu)的新方法。顧名思義，纖芯是空心的，充滿空氣或更典型的氣體。因此，其折射率約為1，這意味著光傳播速度比SCF快50%，將延遲減少約30%。對(duì)于AI跨越擴(kuò)展應(yīng)用，這將數(shù)據(jù)中心之間的最大距離增加50%，數(shù)據(jù)中心占地面積增加125%。這為運(yùn)營商提供了更多靈活性，可以將數(shù)據(jù)中心設(shè)置在房地產(chǎn)成本更低、能獲得重要電力和冷卻水資源的區(qū)域。

更低的功耗

在AI時(shí)代，另一個(gè)重要指標(biāo)是功耗。除了使數(shù)據(jù)中心能夠設(shè)置在更接近低成本電源的地方外，HCF還可以顯著降低光網(wǎng)絡(luò)功耗。它實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方式是通過更低的損耗。SCF中的光損耗已穩(wěn)定在約0.14分貝/公里。最先進(jìn)的HCF顯示最小損耗約為0.05分貝/公里，研究人員正在努力實(shí)現(xiàn)更低的損耗。更低的損耗減少了對(duì)耗電量大的光放大的需求。較短距離的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）應(yīng)用可能不再需要光放大；中等距離DCI可能不再需要數(shù)據(jù)中心之間的光放大；更長距離DCI可能需要更少、間距更大的在線放大器（ILA）站點(diǎn)。HCF還受益于低色散和非線性損傷。長期來看，這可能意味著更簡(jiǎn)單因此更低功耗的相干光引擎。低損耗還可能轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)中心內(nèi)HCF應(yīng)用的更低功耗。

制造和成本挑戰(zhàn)仍然存在

除了低延遲和降低功耗外，HCF還有潛力通過更寬的頻譜和改善的波長頻譜效率來增加光纖容量。然而，在HCF能夠在商業(yè)環(huán)境中廣泛部署之前，仍有重大挑戰(zhàn)需要解決。這些包括成本、可制造性、供應(yīng)商多樣性，以及與測(cè)試、拼接、連接器、維修和與SCF耦合相關(guān)的操作因素。

數(shù)據(jù)中心應(yīng)用采用

盡管存在挑戰(zhàn)，最近光學(xué)行業(yè)會(huì)議上的公告表明，在這些領(lǐng)域都取得了很大進(jìn)展。幾家主要云服務(wù)提供商和HCF供應(yīng)商已宣布部署和合作伙伴關(guān)系，以擴(kuò)大制造規(guī)模。這些初始部署主要針對(duì)AI數(shù)據(jù)中心之間的城域規(guī)模跨越應(yīng)用，但隨著HCF成本下降和制造規(guī)模增加，低延遲和低損耗使得數(shù)據(jù)中心內(nèi)HCF采用成為下一個(gè)可能的用例，海底部署是HCF生態(tài)系統(tǒng)的長期目標(biāo)。

Q&A

Q1：空心光纖比傳統(tǒng)光纖有什么優(yōu)勢(shì)？

A：空心光纖的核心優(yōu)勢(shì)在于大幅降低延遲和功耗。由于其纖芯是空心的，充滿空氣或氣體，折射率約為1，使得光傳播速度比傳統(tǒng)硅芯光纖快50%，延遲減少約30%。同時(shí)，空心光纖的光損耗更低，約為0.05分貝/公里，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)光纖的0.14分貝/公里。

Q2：空心光纖如何影響AI數(shù)據(jù)中心的部署？

A：空心光纖將數(shù)據(jù)中心之間的最大距離增加50%，數(shù)據(jù)中心占地面積增加125%。這為運(yùn)營商提供更多靈活性，可以將數(shù)據(jù)中心設(shè)置在房地產(chǎn)成本更低、能獲得重要電力和冷卻水資源的區(qū)域，對(duì)AI集群的跨區(qū)域部署具有重要意義。

Q3：空心光纖目前面臨什么挑戰(zhàn)？

A：空心光纖在商業(yè)化部署前仍面臨重大挑戰(zhàn)，主要包括成本、可制造性、供應(yīng)商多樣性等問題。此外還有操作層面的挑戰(zhàn)，如測(cè)試、拼接、連接器、維修以及與傳統(tǒng)硅芯光纖的耦合等技術(shù)問題需要解決。