共封装光学，离量产还差多少步？

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在 Ayar Labs 的首席产品官峰会上，来自 Meta、博通、AMD、联发科、Lumentum、Wiwynn 和 Upscale AI 的领导人探讨了光互连生态系统必须提供什么才能大规模满足 AI 需求。

二十多年来，硅光子技术一直被视为铜互连技术的最终替代者。Ayar Labs举办了一场仅限受邀人士参加的CPO峰会，旨在围绕可制造性协调整个生态系统，峰会主题为“面向下一代人工智能基础设施的共封装光器件规模化”。讨论的重点并非这种转变是否会发生，而是供应链、标准和制造基础是否已做好准备，能够大规模交付CPO产品。

Playground Global 普通合伙人、英特尔和 VMware 前首席执行官、Ayar Labs 董事会成员 Pat Gelsinger 发表了主题演讲。随后，进行了两场小组讨论：第一场讨论的是生态系统为应对预计于 2028 年开始的共封装光器件 (CPO) 需求激增所做的准备；第二场讨论的是光计算互连多源协议 (OCI MSA) 及其在推动行业围绕通用光接口进行整合方面所发挥的作用。

Gelsinger从经济学的角度阐述了这一挑战。他认为，超大规模数据中心运营商已经在当前经济条件下尽可能多地部署人工智能，但需求远未得到满足。

他说：“我假设我们需要的AI数量大约是现在的1万倍。”

他的估算综合考虑了多种因素。模型演进，从推理模型到未来涵盖物理、化学和生物学的模型，大约占两个数量级。全球部署，在美国和中国规模较小，在其他地区几乎起步，又增加了一个数量级。企业采用又增加了一个数量级。

单靠电力无法弥合这一差距。Gelsinger指出，目前美国约有4%的电力用于支持人工智能和计算，而全国的电力容量增长速度已从每年约1%加快到约3%，并可能达到4%。他表示：“在数字人工智能领域，能源容量就是经济容量。” 如果该行业目前勉强能够负担得起其部署的人工智能，而实际需要的容量是现在的1万倍，那么经济效益必须提高四到五个数量级。“我们不能仅仅做得稍微好一点。如果我们想要充分发挥人工智能的潜力，就必须大幅提升其性能。”

这种改进是一个涵盖计算、内存、封装和互连的全栈式问题。Gelsinger指出，仅封装一项，在他领导英特尔微处理器开发的那些年里，其设计空间和成本占比就不到10%，而如今已超过30%。

然而，互连才是核心制约因素。24年前启动英特尔硅光子学项目并宣布“铜的消亡”的Gelsinger，更新了太阳微系统公司著名的格言“网络即计算机”。他指出，昂贵的加速器经常因为等待上下文内存和数据传输而闲置，并表示：“今天我要论证的是，网络即人工智能。人工智能本质上是一个网络问题。”

他认为2028年是各项技术大规模整合的一年，届时大规模部署将需要成熟可靠的技术。他以Ayar Labs和台积电的合作为例，说明了这种合作的必要性。“没有哪家公司能够独自完成这项工作，”他说，“这确实需要各方通力合作，构建一个复杂、全球化、相互关联的供应链。”

铜的适用范围终有尽头

第一场研讨会量化了铜缆的局限性。联发科首席架构师布尚·奇特鲁尔解释说，铜缆损耗会随着频率和距离的增加而增加，迫使设计人员在信号恢复方面投入更多精力。实际的电缆传输距离在100G信号传输下约为3米，在200G信号传输下约为1米，而在400G信号传输下则不到0.25米。“一旦采用光纤，损耗就与距离脱钩了，”他说道。这种脱钩使得目前仅限于单个机架的网络能够扩展到多个机架。

Upscale AI 是一家交换机初创公司，其首席执行官兼联合创始人 Barun Kar 描述了交换机层面的优势。“CPO 技术无疑能带来美观的外形，”他说道，这使得交换机基数能够以其他技术无法企及的方式扩展。但他同时提醒，基数扩展仍然取决于工艺技术、芯片集成以及散热限制。

分阶段采用，从开关开始

多位发言者强调，除了带宽之外，CPO（光纤互连）的普及应用将取决于其大规模可操作性，包括测试、监控、服务工作流程以及多厂商互操作性，从而使光链路的部署能够像当今的铜缆互连一样充满信心。与会专家认为，早期部署可能首先出现在交换机领域，而计算端的采用则取决于目前正在进行的可操作性和制造工艺方面的进步。

Chitlur 阐述了集成为何会提高 ASIC 供应商面临的风险。“一旦集成光学元件，它就不再仅仅是一个组件，而变成了一个系统，”他说道。大型 AI ASIC 搭载了价值数万美元的 HBM，而单个光学引擎在封装后发生故障，就可能导致原本功能完好的芯片报废。因此，为了保证经济效益，组件和封装封装的良率都必须接近完美。热性能也加剧了这一挑战，因为功耗高达数千瓦的 XPU 的温度几乎瞬间就会波动几十度，而光学元件对温度高度敏感。

基于这些原因，Chitlur 预计交换机（通常缺乏 HBM，且具有更稳定的功率特性）将率先采用光集成，而计算终端将是最后采用光集成的设备之一。

Wiwynn 先锋中心执行董事 Harold Liu 指出，在机架层面，热管理、电源供应、可维护性和光损耗是核心设计重点，批量生产需要从一开始就进行面向制造的设计、更清洁的装配环境和更高的自动化程度。

供应链规模与标准制定呼吁

Lumentum首席技术官Matt Sysak强调，制约因素不仅限于激光器，还延伸至基板、材料、连接器和光纤等领域，而CPO（通用产品采购）正在迫使原本小众的激光行业向大规模生产转型。当被问及Lumentum是否准备好满足这一需求时，他表示：“在可预见的未来，答案是肯定的。” 然而，就更广泛的供应链而言，他直言不讳地指出：“这个行业还没有准备好应对CPO所需的产量。” 他认为，解决方案在于曾经的竞争对手之间开展合作。“关键在于合作。”

Kar认为，各种竞争性链路方案的涌现正在减缓技术的普及。“必须制定一些多系统协议（MSA），并且需要一种主流技术脱颖而出，”他说道，并补充说，市场发展需要一个核心客户：“每个人都声称要进行CPO（认证产品优化），但我们需要一个大客户。” Chitlur从ASIC（专用集成电路）的角度强调了这一点。“单一供应商行不通，”他说道，并呼吁举办一次类似于PCIe互操作性活动的光纤互操作性测试，以展示多供应商兼容性。“任何真正的项目都不能只考虑单一供应商。”

OCI MSA：尽可能少地进行标准化

第二场小组讨论直接回应了这一呼吁。Meta公司光基础设施总监Drew Alduino表示，随着规模化领域的扩张，基于铜缆的机架级架构成本越来越高，可靠性也越来越低，而超大规模数据中心需要来自不同供应商的终端设备才能实现互操作。“我们希望AMD的GPU能够与博通的交换机通信，”他说道。在他看来，关键在于规范的克制。“实际上，我们希望尽可能少地进行标准化，”从而为供应商的创新留出最大的空间。当被问及五年后一个健康的生态系统应该是什么样子时，他回答说：“未来的OCI生态系统应该像今天的以太网一样。就这么简单。”

博通公司光系统事业部副总裁兼总经理尼尔·马加利特指出，多波长操作是光耦合集成电路（OCI）的核心要素：光纤上的波长越多，每个波长的数据速率就越低，系统功耗也就越低。微环非常适合这种设计，因为它们具有“令人难以置信的波长选择性”，能够在小型、低功耗且可靠的器件中集成滤波和调制功能。

AMD光子学高级总监Matt Streshinsky表示，OCI凭借技术优势胜出，而光学器件规模化所需的产能提升幅度高达数量级，因此多源、多厂商、多代工厂的供应至关重要。“所有技术都已具备，现在关键在于工程执行，”他说道。

五代路线图

Alduino阐述了扩展路径。OCI Gen 1在标准的FR4网格上使用四个波长，支持50G带宽，预计其生命周期将跨越多个交换机和GPU世代。Gen 2的规范即将公布，它将在相同的物理基础设施内将带宽翻倍。他表示，由于每个波长200G和16个波长的方案都已得到验证，该路线图已经支持从200G到3.2T的五代扩展。“等到硬件成熟，你们就知道了。”

Margalit 将 OCI 描述为继 100G、200G 和 400G 铜缆之后的下一代 SerDes。展望 2029 年和 2030 年，他表示：“我预计很大一部分 SerDes 将采用光纤技术，而非原生铜缆。” 因为“封装中可引出的光纤数量几乎是无限的”，所以线路速率的重要性将不如面积、功耗和成本。

从利基技术到CMOS规模

在峰会闭幕式上，Ayar Labs 首席执行官 Mark Wade 指出，光学技术长期以来一直服务于小众、低产量应用。人工智能改变了价值格局，光学技术如今必须达到高产量 CMOS 解决方案的规模。“回顾过去 20 年的 OFC 论文，你会发现很多很棒的内容，”Wade 说，并指出剩下的任务是将这些技术转化为一流的、高产量的产品。他赞扬了 OCI MSA 在帮助构建规模化生态系统方面所发挥的作用。

正如Gelsinger一开始所说，向光互连的过渡是一项集体努力。“这不是我一个人的旅程，而是我们大家的旅程。”

（来源：Ayar Labs）

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