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尽管如今光纤电缆速度很快，但在互联网服务器层面将其光子转换为电信号仍然消耗大量电力。

日本电信公司NTT和东京电子巨头东芝正在探索解决这一问题的新方法。去年11月，这对组合展示了通过一个由300公里外数据中心控制的光和无线网络实现的高速工厂生产。

他们将此次演示描述为业界首创——这是NTT近期推广的，旨在说服科技界光子学将成为“下一代信息与通信基础设施”。

NTT的光电子收敛（PEC）装置用光学替代品取代了电子交换机，降低了每秒传输太比特数据所需的功耗。

互联网的瓶颈是在服务器机架内部吗？

数十年前，光纤彻底革新了数据传输方式。但传统光纤网络仍需路由器、收发器等电子元件实现光电信号转换，数据在数据中心内部以电信号形式传输。在高速传输场景下，这种模式易引发数据包丢失，同时导致网络在速度与能耗方面面临显著局限。光子系统则直接将信息编码为光信号，借助光子数量、偏振态、相位及振幅等特性完成信号编码，并通过光纤传输。

NTT 称其创新光无线网络（IOWN）光子学平台可将电信网络能耗降至当前的百分之一，数据传输容量提升 125 倍，网络时延缩短至当前水平的千分之几。而人工智能时代，数据中心能耗正快速攀升，预计将增长超一倍。国际能源署执行董事 Fatih Birol 指出，到 2030 年，全球数据中心耗电量或将与日本全国耗电量相当。

NTT IOWN Development Office 联合负责人 C. Sean Lawrence 表示：“我们需要突破传统思维来应对这一挑战。核心思路是在数据中心内部、服务器电路板之间、电路板硅封装之间，乃至最终在封装内部的硅芯片之间，实现从电气布线到光布线的转变。我们相信，这一变革将彻底重塑高性能数据传输与计算领域。”

光子芯片实测落地

NTT 目前面临光元件小型化及芯片集成成本高昂等挑战。2023 年，NTT 开始向数据中心推出 IOWN 相关组件，同年成立 NTT Innovative Devices，专注于研发和生产光电融合（PEC）器件。PEC 器件类似可插拔光收发器，可实现数字光信号与电信号的转换。NTT 表示，将光元件与电子元件集成于单一封装，相比传统网络与计算电子元件，能耗和散热表现更优。

NTT 通过多项演示推广该技术理念，包括长距离数据中心传输项目。例如，其与 Chunghwa Telecom 合作呈现的 “超歌舞伎” 表演，通过光子技术、视频技术及大型屏幕舞台，连接相距约 1700 公里的大阪和台北舞台，实现两地演员实时互动，时延仅 17 毫秒，几乎难以察觉。

随后，NTT 在东京研究中心展示了 PEC 硬件。在众多 IOWN 技术演示中，该中心搭建了模拟电视演播室场景。NTT 称，歌舞伎表演中使用的板对板原型机采用第二代 PEC 交换机，传输容量达 51.2 太比特 / 秒。此外，NTT 还研发了硬件资源控制技术，结合 PEC 交换机，相比传统光计算系统降低了能耗。

该公司正与美国芯片制造商 Broadcom 等企业合作，计划于 2026 年实现第二代 PEC 器件商业化。这一硬件是 NTT IOWN 发展路线图的重要一步：第二阶段实现电路板间光通信；2028 年推进芯片间光互联；2032 年实现芯片内部光连接。

IOWN Development Office 另一位负责人 Yosuke Aragane 表示：“封装间光互联技术正处于研发阶段。我们正联合生态伙伴及借助政府资助项目开发量产技术。芯片间光互联技术也在规划中，回顾技术发展历程，我认为这项技术有望在 21 世纪 30 年代初成为核心技术。”

NTT 能否推动行业全面转向光交换？

NTT 深知仅凭自身难以实现这一技术变革，因此于 2020 年联合 Sony、Intel 成立光子学生态联盟 ——IOWN Global Forum。目前该联盟成员已超 160 家，涵盖芯片制造商、服务器厂商以及 Google、Microsoft 等互联网企业。

IOWN 与欧洲已开展 20 年的 “Photonics21” 计划形成呼应，后者是旨在推动欧洲光子产业发展的公私合作伙伴项目。

不过，NTT 在新技术推广方面过往表现喜忧参半。1999 年，NTT 作为全球市值最高的企业之一，其开创性的 “i-mode” 移动互联网服务未能在海外打开市场。如今，该公司的全球影响力已大幅下降。

美国 LightCounting 研究公司分析师 Roy Rubenstein 称：“电信企业过去错失了云计算和人工智能等发展机遇，但边缘网络连接是其核心优势，这是它们抢占市场份额的最后机会。此次不同的是，我们看到由电信企业主导并获得支持的技术项目。我认为 NTT 的发展路线图贴合行业整体趋势，切实可行，但仅凭其自身无法完成，即便联合众多企业，也仍面临挑战。”

Roy Rubenstein 补充道：“随着人工智能兴起，计算重新成为核心领域。若人工智能热潮降温，技术推进的紧迫性将减弱；若保持当前发展态势，五年内 IOWN 的愿景有望进一步落地。”

东京庆应义塾大学电子电气工程教授 Takasumi Tanabe 认为，IOWN 推动了硅光子学和光封装领域的重要研发工作。

Takasumi Tanabe 表示：“在器件层面，部分技术实现难度较大。以当前器件物理水平，完全摒弃电子元件的‘全光’系统尚不现实。控制、调制和信号处理环节仍离不开电子元件。即便如此，在未来对低功耗、高带宽、低时延有严格要求的核心系统中，光子器件的作用将愈发关键。”

他还指出：“尽管部分目标较为激进，但 IOWN 的核心理念切实可行，该计划有效推动了光子技术的突破性发展。”

关键词： NTT 光交换 光纤