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尽管铜互连具备高速传输能力，但也存在明显局限。其中最主要的制约因素是传输距离，即便在提升带宽方面，铜互连也已接近瓶颈。因此，转向光学连接成为行业追求的 “圣杯”—— 因为光学连接受距离的影响更小，并且在串扰等问题上具有天然优势。

遗憾的是，过去光纤互连成本更高且部署难度大。然而，随着技术从外部可插拔连接向片上光纤连接演进，这一局面正迅速改变（见图 1）。

图 1：光学支持已从片外方案演进至片上方案

将互连边界推向光纤的一个主要原因是，大规模人工智能（AI）加速不仅需要海量的计算能力和存储空间，还需要一种能将所有组件高效连接的方式。无论如何缩小器件尺寸，这些庞大的系统都无法容纳在单个机箱内。

昔日的数据中心以大型机和高架地板为特征（以便在地板下铺设线缆和布置冷却系统），如今已被超大规模数据中心所取代。这些新型数据中心需要通过光纤连接包含计算、通信和存储硬件的多个机柜。

突破 “单光纤单波长” 瓶颈

传统的光纤连接通常只使用单个波长，虽然速度很快，但光纤本身其实可以支持多个波长。实现这一目标面临两大挑战：首先，需要找到多路信号复用的方法；其次，要确保所有涉及的波长都能获得稳定一致的支持。

在这方面，Lightmatter 目前已实现在单根单模光纤上传输16 路双向密集波分复用（DWDM）光链路（见图 2）。该方案在每个方向上均可提供400 Gb/s的带宽。其内置的 “闭环数字稳定系统” 能够主动补偿热漂移，确保在宽温度波动范围内实现持续、低误码率的传输。

图 2：L 系列提供芯粒接口，而 M 系列则采用中介层架构。

Lightmatter 此次发布的 “Passage” 方案更令人印象深刻的地方在于，它是专为芯片级操作而设计的。过去，光纤连接通常位于芯片外部，芯片与光收发器之间通过铜互连连接。而该公司的方案具有本质上的偏振无关性，这对于解决连接和机械应力带来的问题至关重要。

在芯片级实现上，M 系列采用芯粒（Chiplet）方案，将光学支持单元集成在芯粒上，并提供直接的光纤连接（见图 3）。而 L 系列则通过中介层（Interposer），利用光纤连接至位于芯片外围的光收发器。

图 3：Lightmatter 方案如何将光纤直接连接至芯片。

缩小光调制器尺寸

目前，光学系统中常用的调制器包括马赫 - 曾德尔调制器（MZM）、电吸收调制器（EAM）和微环调制器（MRM）（见图 4）。Lightmatter 选择了MRM技术。MRM 体积更小，能够使收发器集成在芯片上。而其他两种调制器体积较大，通常只能在芯片外部实现。

图 4：采用的微环调制器（MRM）相比马赫 - 曾德尔调制器（MZM）和电吸收调制器（EAM），具有更小的尺寸和更高的性能。后两种调制器多用于其他光学技术中。

然而，缩小调制器尺寸只是难题的一部分，降低功耗同样是关键。幸运的是，采用 MRM 技术后，功耗需求也得到了显著降低。

关键词： 片上光纤 光纤连接 调制器