NTT光网络技术欲降功耗至1/100 2026年商业化

  ICC讯 尽管当今光纤速度很快，但在互联网服务器层面将光子转换为电信号仍消耗大量电力。

  日本电信公司NTT与电子巨头东芝正在共同研究解决这一问题的新方法。今年11月，双方演示了通过一个从300公里外数据中心控制的光与无线网络进行高速工厂生产。

  他们将此演示称为行业首创，这也是NTT近期积极推广的案例，旨在说服科技界相信光子学将构成“下一代信息和通信基础设施”。

图片备注：NTT的光子-电子融合（PEC）设备以光学替代方案取代电子交换机，降低了每秒传输太比特数据所需的功耗。

  服务器内部的光学革命

  光纤在数十年前已彻底改变数据传输，但它仍依赖电子路由器、收发器等组件进行光电信号转换。在传统光纤网络中，信息在数据中心内部以电子方式传输，这在高速环境下可能导致数据包丢失，并对网络速度和能耗造成显著限制。光子学系统则将信息直接编码到光中——利用光子数量、偏振、相位和振幅等特性，通过光纤传输信号。

  NTT表示，其创新光无线网络（Innovative Optical and Wireless Network，IOWN）光子学平台可将电信网络的功耗降至目前的百分之一，数据容量提升125倍，并将网络延迟削减至当前水平的极小比例。与此同时，AI时代数据中心的能耗正在急剧增长，预计将增加一倍以上。事实上，据国际能源署执行主任Fatih Birol称，到2030年，全球数据中心的电力消耗预计将与日本相当。

  “我们需要换一种思路来应对这个问题，”NTT IOWN开发办公室联合负责人C. Sean Lawrence表示。“核心理念是在数据中心内部、服务器内部电路板之间、电路板上芯片封装之间，最终在封装内部的硅芯片之间，从电气布线转向光学布线。我们认为，通过这种转变，我们可以彻底改变高性能数据传输和计算。”

  光子芯片的测试进展

  NTT面临着光学元件小型化及其集成到芯片中成本高昂的挑战。该公司于2023年开始向数据中心提供IOWN的初步组件，同年成立了NTT Innovative Devices公司，以开发制造所谓的光子-电子融合（Photonic-electronic Convergence，PEC）设备。PEC类似于可插拔的光学收发器，用于数字光信号与电信号的转换。NTT称，与用于网络和计算的传统电子设备相比，将光电子器件集成到单一封装中能降低功耗和发热。

  该公司一直通过包括远程数据中心传输在内的演示来推广其愿景。与中华电信合作，他们组织了色彩缤纷的“Cho-Kabuki”表演，将相距约1700公里的大阪和台北的舞台通过光子学、视频和一个大型屏幕舞台连接起来，让两端的演员可以互动。几乎难以察觉的时间延迟仅为17毫秒。

  随后，NTT在其东京研究中心展示了PEC硬件。除其他IOWN演示外，该中心还展示了一个模拟电视演播室。NTT称，歌舞伎表演中使用的板对板原型设备容量为每秒51.2太比特，并依赖第二代PEC交换机。NTT还表示，其开发了资源控制技术以优化硬件资源使用，结合PEC交换机，功耗较传统光计算有所降低。

  该公司正与美国芯片制造商博通及其他伙伴合作，计划于2026年将第二代PEC商业化。该硬件是NTT路线图中的一步，该路线图将板间光通信定为IOWN的第二阶段，随后是2028年起的芯片间互联，以及2032年起的芯片内连接。

  “封装到封装的连接正在开发中，”IOWN开发办公室另一位负责人Yosuke Aragane说。“我们正与众多生态合作伙伴及政府资助项目共同开发生产技术。芯片到芯片的连接已在考虑之中。但回顾历史，我相信这种连接有望在2030年代早期成为一项关键技术。”

  NTT能否推动全球转型？

  NTT明白无法独自完成这场变革，因此于2020年联合索尼和英特尔，共同创立了名为IOWN全球论坛（IOWN Global Forum）的光子学生态系统。该论坛现有超过160名成员，包括芯片和服务器制造商，以及谷歌、微软等互联网公司。

  IOWN与欧洲一项已有二十年历史的倡议“Photonics21”相呼应，后者是一个旨在提升欧洲光子学产业水平的公私合作伙伴关系。

  然而，NTT在推广新技术方面的记录喜忧参半。1999年，当其仍是全球最具价值的公司之一时，未能将其突破性的“i-mode”移动互联网服务成功推向海外。如今，其全球影响力已大不如前。

  “电信公司历史上曾错过云计算和人工智能等机遇，但他们的一大优势是边缘网络连接性，所以这是他们争夺一些领域的最后机会，”总部位于俄勒冈州尤金的研究公司LightCounting的分析师Roy Rubenstein表示。“不寻常之处在于，我们看到了一项由电信公司主导并获支持的倡议。我认为NTT的路线图是现实的，也与行业整体趋势相符，但它无法独力完成，即使有所有这些公司参与，仍显不足。”

  “随着AI的兴起，”Rubenstein补充道，“计算已经重新回到一切的中心。如果AI热潮减退，紧迫性便会消失。但如果AI持续当前发展态势，五年后将更接近这一愿景。”

  东京庆应义塾大学电子电气工程教授Takasumi Tanabe表示，IOWN正在推动硅光子学和光学封装领域的重要研发。

  “在器件层面，某些方面更具挑战性，”Tanabe说。“完全‘全光学’的系统，即彻底移除电子器件，以当前的器件物理水平可能难以实现。电子器件在控制、调制和信号处理方面仍属必要。即便如此，我预计光子器件将在未来系统最需要低功耗、高带宽和低延迟的关键部分，扮演越来越重要的角色。”

  “尽管部分目标颇具雄心，”Tanabe补充道，“但IOWN背后的核心理念是现实的，该倡议已推动了光子学技术的重要进步。”

  来源：Silicon Photonics Data Center Slashes Latency - IEEE Spectrum - https://spectrum.ieee.org/silicon-photonics-data-center