作者 | ZeR0编辑 | 漠影
芯东西7月31日宣布，光纤通信大会（OFC）被公认是环球光通信领域规格最高、规模最大的国际盛会，是光通信前沿技能发展的风向标。在今年的光纤通信大会上，英特尔硅光集成办理方案（IPS）团队分享了其在推动高带宽互连技能创新上取得的打破性进展——业界领先的、完备集成的OCI（光学打算互连）芯粒，与英特尔CPU封装在一起，可运行真实数据。
面向数据中央和高性能打算（HPC）运用，英特尔打造的OCI芯粒实现了光学I/O共封装，可在最长100米的光纤上单向支持64个32Gbps通道，有望知足AI根本举动步伐日益增长的对更高带宽、更低功耗和更长传输间隔的需求。
英特尔尚未公开OCI芯粒的确切尺寸，但最近发布的照片显示了OCI芯粒与标准2号铅笔末端橡皮擦的比拟。
针对OCI芯粒的更多技能细节，近日，英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强与芯东西等媒体进行了深入互换。宋继强分享了英特尔硅光集成的未来创新路线图，通过提高线速率、每条光纤的波长数、光纤数量和偏振模式，有望扩展未来几代OCI芯粒的性能，打造出带宽达32Tbps的器件。
英特尔正在向内部和外部的不同客户供应OCI芯粒。详细的客户运用和产品哀求将决定这些扩展操持的顺序和韶光。
一、电气换硅光≈单车变摩托随着天生式AI发展提速，大模型须要高打算密度、大内存容量和带宽，而且很难在单台做事器节点里支配，因此须要跨机架连接。大打算集群又意味着更长的传输间隔、更高的I/O带宽哀求。
宋继强谈道，AI运用对存算比的哀求已经到了一个新的级别，常常须要访存，以是内存通道及延迟会影响未来如何供应大规模的运用做事。这哀求探索一些新方法，在提高算力和存储密度的同时降落功耗、缩小体积，从而在一个有限的空间里，放进更多的打算和存储（芯片）。
以前电气I/O用铜线完成芯片间的互连，铜线速率够快，功耗也低，但有效的传输间隔很受限，短到1米旁边。
如果在全体数据中央建集群，还会面临集群占地面历年夜、线缆过长、长间隔传输功耗高的问题，难以实现对高算力和节能的兼顾。一个数据中央里放了很多个做事器节点，能供的电有上限，机架里除了有芯片，还有I/O等其他地方耗电，真正分给每颗芯片的用电就很受限。
据宋继强分享，从过去二三十年来看，全体打算里I/O须要的电越来越多，如果用现在的技能、按现在的规模去增长，它会吃掉所有供给机架的电源，导致没有足够的电去做打算和存储芯片里面的读写操作，因此必须要用新的技能方案去把用于I/O这部分的电给压下去。
英特尔将传统电气I/O比作马车，传输速率和间隔都很有限；如果在100米内实现更高密度、更灵巧的数据传输，硅光集成办法就好比轻便的摩托车，既快又灵巧，有效且节能；如果是超过100米的远间隔传输，利用可插拔光收发器则就像换上汽车，容量更大，而且速率够快。
光学I/O、可插拔光收发器都属于硅光互连方案，具有低功耗上风，适宜较长间隔传输。
可插拔光收发器方案相对成熟，可直接与电子集成电路（EIC）接口连接，可增加传输间隔，但体积较大，常日须要高速串行器与解串器（SerDes）或数字旗子暗记处理（DSP）技能，因此功耗较高，带宽密度较低，延迟较长。
而通过利用硅光集成技能，光学I/O能在低功耗、高带宽密度、低延迟和更长的传输间隔下实现多Tbps的带宽，知足AI扩展的需求。
OCI芯粒（或任何光学I/O办理方案）与CPU、GPU或SoC共封，可以优化和改进I/O带宽密度、总能效比、延迟和本钱，还可以通过支持资源解聚的新架构（如HBM或CXL内存池化）来实现更高效的资源利用。
未来英特尔会针对不同的传输间隔供应不同的方案，包括OCI光电共封装和可插拔方案。
二、和CPU联合封装，英特尔OCI芯粒如何带飞能效？英特尔OCI芯粒是一个完全的物理层光I/O器件，包括一个带有片上密集波分复用激光器和半导体光放大器的硅光子集成电路（PIC）以及一个用于掌握PIC和连接主机的EIC。
EIC的功能更靠近于详细的旗子暗记怎么被利用、跟哪些部分去对接，会变成一个协议里的转换适配层。PIC更多是办理光的稳定传输，把旗子暗记调上去、发出去，可持续演进，比如在电介质和光介质之间如何完成很好的转换。
EIC采取标准CMOS工艺节点，PIC采取基于300mm硅晶圆上运行的英特尔硅光子制造工艺。常日EIC采取相对前辈的制程，以靠近或对齐要支持的主芯片，PIC则采取更成熟的制程。
由于没有用可插拔的办法，这样的打算部件本身功率更低，能在提高带宽和延长传输间隔的同时，有效提高硅光互连的集成度，从而实现性能和能耗提升，并有助于增加集群密度。
英特尔完备集成的OCI芯粒，双向数据传输速率达到4Tbps，并兼容第五代PCIe，单向支持64个32Gbps通道（宋继强说这在当前的数据中央中已经足够了），传输间隔达100米（由于传输延迟，实际运用中间隔可能仅限几十米）。
它采取8对光纤，每根8波长密集波分复用（DWDM），功耗仅为每比特5pJ（皮焦耳），只有可插拔光收发器模块功耗的1/3。
据宋继强透露，英特尔通过对器件和封装设计、制造工艺和带宽扩展的各种改进，有信心在后续几代产品中将能效降落到每比特3.5PJ以下。
在2024年光纤通信大会上，英特尔现场进行实时光学链路演示，展示了通过单模光纤（SMF）跳线在两个数据中央CPU平台之间实现的发射器和吸收器互连。
CPU天生并丈量了比特误码率。两个数据中央CPU相互发送和吸收数据，一个OCI芯粒和一个CPU联合封装在一起，OCI芯粒把从CPU出来的所有电气I/O旗子暗记转成了光，通过光纤，在两个数据中央的节点或系统里来回传输。
如图，两侧系统主机里是电旗子暗记，通过光电转换芯片变成光。发射器共有1.6THz光谱，包括单一光纤上200GHz间隔的8个波长，以及32Gbps发射器眼图，表明旗子暗记质量很强。
彩色部分便是光，不同颜色代表不同波长的光，在频率上有足够间隔，这样在调制和解调时不会相互关扰。这些光可以合在一起，在一根光纤上传输，即多波段可以“复用”一根光纤，跟在无线通信领域的频分复用是一回事。
由于光的带宽很大，可以选出一个比较稳定的带宽，把它切成很多个不同的波段，在人眼看来便是不同颜色的光。实际上它们是不同频率的波段，在每一个波段上可以稳定地调制要传输的旗子暗记。光电调制后，便是通过光纤传输旗子暗记。
宋继强分享了英特尔OCI芯粒的性能演进路线图，技能迭代有3个紧张方向：光波的波长数、光纤的传输速率、光纤数量。
一根光纤可分身分歧波段去传输，目前能担保稳定传输的是8波段，在每个波段的光里调试上去的数据传输率是32Gbps，可以同时放在一起、相互不影响的光纤对数是8对。三者相乘，便是单向数据传输速率达2Tbps，双向是4Tbps。
未来保持8波段不变，把光纤传输速率提高到64Gbps，单向数据传输速率就翻倍成4Tbps，再今后变成16波段，传输速率就提高到8Tbps。未来可以连续演进，逐步提升带宽。
三、未来还能与GPU集成，多重差异性上风拆解比较分离式、插拔式的方案，将OCI芯粒与CPU共封在一起，须要整体上考量热量管理，并在封装层面担保旗子暗记传输密度和传输频率。英特尔目前的技能已经能够知足这些需求。
未来OCI芯粒可用于实现通信，还可以跟CPU、GPU、IPU等打算芯片集成。通过硅光集成和前辈封装技能，英特尔能够实现更高密度的I/O芯粒，再与其它的xPU结合，未来基于芯粒形成很多不同的打算加互连芯片种类，运用前景可期。
宋继强进一步阐明说，后续与其他类型芯片集成的寻衅不在技能层面，而在履行层面，须要关注的是带宽密度，比如在光电接口间隔有限定的情形下，如何放进这些光电转换的接口？在一定尺寸范围内，能达到的带宽密度是不是足够？
据他分享，为了使OCI芯粒更加灵巧，并减少集成过程中的事情量，常日会考虑在主机xPU与I/O之间利用已通过健全的IP生态系统实现标准化的电气接口，如UCIe、PCIe、以太网等。
他也谈及英特尔方案的差异性上风。
首先，英特尔可以量产晶圆级的高集成度激光器，产量和可靠性更高，总本钱更低。从理论转化到高良率的生产后，才能形成家当化的能力。
现有外部激光器方案须要用专门的光纤，本钱高，且没有规模化支配的案例。片上激光器的好处是用普通光纤就能传输，由于不须要外部光源，因此不须要偏振坚持光纤（PMF，一种连接外部光源和无源硅光子集成电路时须要利用的分外光纤）。
做激光发射器时，做分离器件相对大略。把激光器做在一个晶圆上则存在技能门槛，要能把不同种类的半导体在晶圆层面很好键合，然后通过半导系统编制作工艺去形成掌握电路。包括光源、调制器、放大器、光波导、检测器等光方面的器件，都要能在晶圆层面实现。
其次，英特尔有大批量、经由实际验证的平台，器件具备业界领先的可靠性。
英特尔OCI芯粒基于内部经量产验证的硅光子集成平台打造，该平台自2015年以来为超大规模数据中央内的连接运用交付了超过800万个光收发器模块（包括超过800万个硅光子集成电路和超过3200万个集成激光器），用于传输速率需求达100Gbps、200Gbps、400Gbps的运用。
其可靠性已在数百万个器件上得到验证，数据显示，激光器的时基故障率（FIT）小于0.1，即是说100亿小时才可能涌现1次故障。
此外，在两个独立的芯片（硅光子集成电路和电子集成电路）上构建光子和CMOS电路，确保了可扩展性和性能优化，而无需在单个芯片上结合两种截然不同的技能所必需的折衷和权衡。
英特尔在前辈封装、系统和平台方面的积累，也使其能够优化光学I/O办理方案。英特尔正在投入研发新的硅光子制造工艺节点，以实现领先的器件性能提升、更高的密度、更好的耦合性和更高的经济效益，还将连续改进片上激光器和光收发器的性能、本钱和可靠性。
结语：从技能原型迈向商业化方案在硅光子领域，英特尔研究院已经深耕超过25年，是硅光集成的开拓者和领导者。英特尔在业内率先开拓并向大型云做事供应商批量交付硅光子连接器件，并正在与客户互助，以将OCI芯粒技能原型转化为可规模化、商业化的办理方案。
就本钱而言，英特尔相信随着韶光的推移和产量的提升，在系统层级，光学I/O的每比特总互连本钱将可与电气I/O比较。光学I/O性能更强，也有助于在系统层级提高性能。
为实现这一目标，英特尔目前正在开拓第二代硅光子制造工艺节点，估量能将芯片面积减少40%以上，功耗减少15%以上，从而提高经济效益，并在光耦合效率、激光功率等方面取得进步。
