這項(xiàng)互聯(lián)技術(shù)，要超越CPO！

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訓(xùn)練大型新型AI模型的速度，歸根結(jié)底取決于兩個(gè)詞：向上（up）與向外（out）。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，橫向擴(kuò)展（scaling out）指增加可互聯(lián)的AI計(jì)算機(jī)數(shù)量，將大型任務(wù)拆分處理；而縱向擴(kuò)展（scaling up）則是在每臺(tái)計(jì)算機(jī)中集成盡可能多的圖形處理器（GPU），通過(guò)互聯(lián)使其等效于一個(gè)巨型GPU，從而更快地處理更大規(guī)模的任務(wù)模塊。

這兩種擴(kuò)展方式依賴(lài)不同的物理連接技術(shù)。橫向擴(kuò)展主要依靠光子芯片和光纖，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)數(shù)百米甚至數(shù)千米的數(shù)據(jù)傳輸；縱向擴(kuò)展形成的網(wǎng)絡(luò)密度約為橫向擴(kuò)展的10倍，其核心技術(shù)則更為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)——通常是長(zhǎng)度不超過(guò)1-2米的銅纜。

但高性能計(jì)算機(jī)所需的GPU間數(shù)據(jù)傳輸速率不斷攀升，已逐漸逼近銅纜的物理極限。數(shù)據(jù)中心互聯(lián)初創(chuàng)企業(yè)Point2 Technology的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)與業(yè)務(wù)拓展副總裁戴維·郭（David Kuo）表示，當(dāng)銅纜的帶寬需求接近太比特/秒級(jí)別時(shí)，物理規(guī)律決定了其必須做得更短、更粗。這帶來(lái)了兩大難題：一是當(dāng)前計(jì)算機(jī)機(jī)柜內(nèi)部空間本就擁擠，二是頭部AI硬件企業(yè)英偉達(dá)（Nvidia）計(jì)劃到2027年將每系統(tǒng)最大GPU數(shù)量從72個(gè)提升至576個(gè)，實(shí)現(xiàn)8倍增長(zhǎng)。

“我們稱(chēng)之為‘銅纜懸崖（copper cliff）’。”郭說(shuō)道。

行業(yè)內(nèi)正通過(guò)延長(zhǎng)銅纜傳輸距離、將纖細(xì)長(zhǎng)距的光纖更貼近GPU等方式疏解數(shù)據(jù)中心的連接瓶頸。但Point2與另一家初創(chuàng)企業(yè)AttoTude提出了一種介于兩種技術(shù)之間、又完全區(qū)別于二者的解決方案。他們聲稱(chēng)，該技術(shù)兼具銅纜的低成本、高可靠性?xún)?yōu)勢(shì)，以及光纖的纖細(xì)尺寸和長(zhǎng)距離傳輸特性，足以滿(mǎn)足未來(lái)AI系統(tǒng)的需求。

他們的答案是什么？無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。

今年晚些時(shí)候，Point2將開(kāi)始量產(chǎn)支撐1.6太比特/秒傳輸速率線(xiàn)纜的芯片。該線(xiàn)纜由8根纖細(xì)的聚合物波導(dǎo)組成，每根波導(dǎo)利用90吉赫茲和225吉赫茲兩種頻率，可實(shí)現(xiàn)448吉比特/秒的傳輸速率。波導(dǎo)兩端的可插拔模塊負(fù)責(zé)將電子比特轉(zhuǎn)換為調(diào)制無(wú)線(xiàn)電波，再將接收的無(wú)線(xiàn)電波還原為電子比特。AttoTude則計(jì)劃開(kāi)發(fā)原理相似的技術(shù)，但采用太赫茲頻段和另一種纖細(xì)柔性的線(xiàn)纜。

兩家企業(yè)均表示，其技術(shù)在傳輸距離上輕松超越銅纜——可實(shí)現(xiàn)10-20米的無(wú)顯著損耗傳輸，這一距離足以滿(mǎn)足英偉達(dá)公布的縱向擴(kuò)展計(jì)劃。其中Point2的系統(tǒng)功耗僅為光纖的1/3，成本同樣降至光纖的1/3，時(shí)延則低至光纖的千分之一。

支持者認(rèn)為，相較于光電子技術(shù)，無(wú)線(xiàn)電技術(shù)更可靠、更易制造，因此在實(shí)現(xiàn)低能耗處理器間直連GPU的競(jìng)賽中，有望擊敗光子技術(shù)，甚至可替代印刷電路板上的部分銅纜。

銅纜的局限性何在？

那么銅纜究竟存在什么問(wèn)題？其實(shí)在數(shù)據(jù)速率不高、傳輸距離不遠(yuǎn)的場(chǎng)景下，銅纜并無(wú)明顯缺陷。但在高數(shù)據(jù)速率場(chǎng)景中，銅等導(dǎo)體會(huì)受到“趨膚效應(yīng)（skin effect）”的影響。

趨膚效應(yīng)的產(chǎn)生，是因?yàn)樾盘?hào)的快速變化電流會(huì)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，這種反向作用力集中在導(dǎo)線(xiàn)中部，導(dǎo)致大部分電流只能在導(dǎo)線(xiàn)外緣（即“表皮”）流動(dòng)，從而增加電阻。在許多國(guó)家的市電頻率（60赫茲）下，大部分電流集中在銅導(dǎo)線(xiàn)外層8毫米區(qū)域；但在10吉赫茲頻率下，電流僅集中在0.65微米深的表皮層。因此，要通過(guò)銅纜傳輸高頻數(shù)據(jù)，就需要更粗的導(dǎo)線(xiàn)和更多的功耗，而這兩點(diǎn)均與“在更小空間內(nèi)集成更多連接以實(shí)現(xiàn)計(jì)算縱向擴(kuò)展”的需求相悖。

為抵消趨膚效應(yīng)及其他信號(hào)衰減問(wèn)題，企業(yè)開(kāi)發(fā)了兩端配備專(zhuān)用電子元件的銅纜。其中最具前景的是“有源電纜（AECs）”，其終端芯片被稱(chēng)為“重定時(shí)器（retimer）”。該集成電路會(huì)對(duì)從處理器接收的數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行凈化，再通過(guò)銅纜中通常包含的8對(duì)導(dǎo)線(xiàn)（即通道）重新傳輸（另有一組導(dǎo)線(xiàn)用于反向傳輸）。在接收端，同款芯片會(huì)處理傳輸過(guò)程中積累的噪聲和時(shí)鐘偏差問(wèn)題，再將數(shù)據(jù)傳遞給接收處理器。因此，有源電纜通過(guò)增加電子元件復(fù)雜度和功耗，延長(zhǎng)了銅纜的傳輸距離。

為數(shù)據(jù)中心提供網(wǎng)絡(luò)硬件的Credo公司高級(jí)副總裁兼產(chǎn)品負(fù)責(zé)人唐·巴尼特森（Don Barnetson）表示，該公司已開(kāi)發(fā)出可實(shí)現(xiàn)800吉比特/秒、傳輸距離達(dá)7米的有源電纜——當(dāng)計(jì)算機(jī)集成500-600個(gè)GPU并跨多個(gè)機(jī)柜時(shí)，這一距離至關(guān)重要。有源電纜的首批應(yīng)用可能是將單個(gè)GPU與構(gòu)成橫向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)相連。巴尼特森指出，這一橫向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的初始環(huán)節(jié)至關(guān)重要，因?yàn)椤八蔷W(wǎng)絡(luò)中唯一無(wú)冗余的節(jié)點(diǎn)”。該鏈路即使短暫中斷，也可能導(dǎo)致AI訓(xùn)練任務(wù)崩潰。

但即便重定時(shí)器能將“銅纜懸崖”的到來(lái)推遲一段時(shí)間，物理規(guī)律最終仍會(huì)占據(jù)主導(dǎo)。Point2和AttoTude均認(rèn)為，這一臨界點(diǎn)已近在眼前。

太赫茲無(wú)線(xiàn)電的傳輸潛力

AttoTude源自創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官戴夫·韋爾奇（Dave Welch）對(duì)光子學(xué)的深入研究。韋爾奇是光通信設(shè)備制造商Infinera的聯(lián)合創(chuàng)始人（該公司于2025年被諾基亞收購(gòu)），數(shù)十年間深耕光子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，對(duì)該技術(shù)的缺陷了如指掌：功耗過(guò)高（據(jù)英偉達(dá)數(shù)據(jù)，約占數(shù)據(jù)中心計(jì)算預(yù)算的10%）、對(duì)溫度極為敏感、光子芯片的光耦合需要微米級(jí)精度制造，且長(zhǎng)期可靠性不佳的問(wèn)題眾所周知（行業(yè)內(nèi)甚至有專(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)“鏈路抖動(dòng)（link flap）”）。

“客戶(hù)青睞光纖，但厭惡光電子元件。”韋爾奇表示，“事實(shí)已證明，電子元件本質(zhì)上比光電子元件更可靠。”

在諾基亞以23億美元收購(gòu)Infinera后，韋爾奇在籌備下一家初創(chuàng)企業(yè)時(shí)思考了一系列核心問(wèn)題，其中首要問(wèn)題是：“如果不必局限于光波長(zhǎng)，我應(yīng)該選擇什么頻段？”答案是純電子技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的最高頻段——太赫茲頻段（300-3000吉赫茲）。

因此，韋爾奇團(tuán)隊(duì)著手開(kāi)發(fā)一套系統(tǒng)，包含與GPU對(duì)接的數(shù)字組件、太赫茲頻率發(fā)生器，以及將數(shù)據(jù)編碼到太赫茲信號(hào)的混頻器。天線(xiàn)會(huì)將信號(hào)導(dǎo)入纖細(xì)的柔性波導(dǎo)中。

該波導(dǎo)的核心是用于傳輸太赫茲信號(hào)的電介質(zhì)，外部包裹著包層。早期版本采用狹窄的空心銅管；韋爾奇表示，第二代線(xiàn)纜由直徑僅200微米的光纖組成，損耗可低至0.3分貝/米，僅為傳輸224吉比特/秒的典型銅纜損耗的一小部分。

韋爾奇預(yù)測(cè)，這種波導(dǎo)的傳輸距離可達(dá)到20米。“這恰好是數(shù)據(jù)中心縱向擴(kuò)展所需的理想距離。”他說(shuō)道。

目前，AttoTude已完成各核心組件的研發(fā)——數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)芯片、太赫茲信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)混頻電路，以及多代波導(dǎo)產(chǎn)品，但尚未將其集成到單一可插拔模塊中。盡管如此，韋爾奇表示，現(xiàn)有組件組合已能提供至少224吉比特/秒的傳輸帶寬，且該初創(chuàng)企業(yè)于今年4月在舊金山舉行的光纖通信會(huì)議（OFC）上，成功演示了970吉赫茲頻率下4米距離的傳輸。

無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用前景

Point2將無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的探索早于AttoTude。這家由邁威爾（Marvell）、英偉達(dá)、三星等企業(yè)資深人士于9年前創(chuàng)立的初創(chuàng)公司，已籌集5500萬(wàn)美元風(fēng)險(xiǎn)投資，其中最引人注目的投資方是計(jì)算機(jī)線(xiàn)纜與連接器制造商莫仕（Molex）。郭表示，莫仕的支持至關(guān)重要，“因?yàn)樗麄兪蔷€(xiàn)纜與連接器生態(tài)系統(tǒng)的核心參與者”。莫仕已證實(shí)，無(wú)需改造現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)即可量產(chǎn)Point2的線(xiàn)纜；目前，線(xiàn)纜連接器制造商富士康工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也已與該初創(chuàng)企業(yè)達(dá)成合作。這些行業(yè)巨頭的支持，可能成為Point2吸引超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商客戶(hù)的重要優(yōu)勢(shì)。

Point2的線(xiàn)纜名為e-Tube，其兩端各包含一塊硅芯片和一根天線(xiàn)：硅芯片負(fù)責(zé)將輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為調(diào)制毫米波信號(hào)，天線(xiàn)則將信號(hào)輻射至波導(dǎo)中。波導(dǎo)本身以塑料為核心，外部包裹金屬包層，整體再由金屬屏蔽層封裝。1.6太比特/秒的線(xiàn)纜被稱(chēng)為“有源無(wú)線(xiàn)電電纜（ARC）”，由8個(gè)e-Tube核心組成，直徑僅8.1毫米，體積僅為同類(lèi)有源電纜的一半。

郭指出，工作在射頻頻段的一大優(yōu)勢(shì)是，相關(guān)處理芯片可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓廠(chǎng)制造。Point2工程師與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院的合作研究（今年發(fā)表于《IEEE固態(tài)電路期刊》）顯示，采用2010年就已非尖端的28納米CMOS技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。

縱向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)

盡管這兩家企業(yè)的技術(shù)前景看似廣闊，但它們?nèi)孕杩朔?shù)據(jù)中心行業(yè)對(duì)銅纜的長(zhǎng)期依賴(lài)。“我們首先會(huì)采用無(wú)源銅纜，并盡可能在無(wú)源銅纜的技術(shù)框架內(nèi)持續(xù)推進(jìn)。”Credo的巴尼特森說(shuō)道。

他表示，數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)的興起就是這一趨勢(shì)的佐證：“人們采用液冷技術(shù)的核心原因，就是為了在無(wú)源銅纜的框架內(nèi)繼續(xù)實(shí)現(xiàn)縱向擴(kuò)展。”要通過(guò)無(wú)源銅纜連接更多GPU實(shí)現(xiàn)縱向擴(kuò)展，就必須以極高密度集成GPU，而這種密度已超出風(fēng)冷技術(shù)的承載能力。郭則認(rèn)為，通過(guò)毫米波有源無(wú)線(xiàn)電電纜連接分布更分散的GPU實(shí)現(xiàn)同等規(guī)模的縱向擴(kuò)展，可降低對(duì)冷卻技術(shù)的需求。

與此同時(shí)，兩家初創(chuàng)企業(yè)均在研發(fā)可直接集成于GPU的技術(shù)版本。

英偉達(dá)和博通（Broadcom）近期已部署與處理器共封裝的光收發(fā)器，使電子元件與光元件的間距縮小至微米級(jí)，而非此前的厘米級(jí)或米級(jí)。目前，該技術(shù)僅應(yīng)用于連接橫向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)芯片，但行業(yè)巨頭與初創(chuàng)企業(yè)均在嘗試將其擴(kuò)展至GPU領(lǐng)域。

韋爾奇和郭均表示，在這種收發(fā)器-處理器共封裝場(chǎng)景中，其企業(yè)的技術(shù)相較于光電子技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)。英偉達(dá)和博通為實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的量產(chǎn)可行性及與高價(jià)處理器共封裝的可靠性，均投入了大量工程資源。其中一大核心挑戰(zhàn)是，如何以微米級(jí)精度將光纖與光子芯片上的波導(dǎo)對(duì)接——由于紅外激光波長(zhǎng)極短，必須與直徑僅約10微米的光纖纖芯精準(zhǔn)對(duì)齊。相比之下，毫米波和太赫茲信號(hào)的波長(zhǎng)長(zhǎng)得多，波導(dǎo)對(duì)接無(wú)需如此高的精度。郭透露，在某演示系統(tǒng)中，這一對(duì)接過(guò)程甚至可手動(dòng)完成。

可插拔連接將是該技術(shù)的首批應(yīng)用場(chǎng)景，但韋爾奇表示，與處理器共封裝的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器才是“真正的核心目標(biāo)”。

（來(lái)源：spectrum.ieee）

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