硅光学有望推动数据中心脱胎换骨

上周，英特尔公司（Intel）揭开了新一代光学硅芯片的面纱，标志着过去十年的研究工作结出了硕果。这种芯片能大幅提高数据中心和超大规模计算机群间的数据传输速率。而在进行这一开发时，英特尔不仅仅是将光速物理学应用于数据传输而已，其“硅光子学”技术将彻底改变数据中心和高能计算设备的设计及架构方式，从而不光是为英特尔本身，而是为整个计算行业开辟宏大的远景。

硅光学的概念其实并不复杂：铜线和其他传统数据传输载体在传输特定数量的数据时往往具有极大的局限性，而且没有什么能比光速更快。如果数据中心或超级计算机里那些盘根错节、到处蔓延的硬件设备能用光速传输载体相联，其速度和效率将立刻实现飞跃。而相应的挑战一直在于如何实现小型化，同时降低复杂性，这一点英特尔现在似乎已经克服了。

简单地说，英特尔已经开发出了一种能将极其细微的激光束——以及能在电子信号和光信号之间实现双向转化的接收器和传输器——置入一块硅芯片的手段，同时开发出了大规模生产的技术。两周前面世的这块硅光子芯片传输速度可达到每秒100G，使现有的传输水平立刻相形见绌：现在机架上连接服务器的扩展插槽数据线的标准传输速度为每秒8G，而将机架服务器连接起来的以太网数据线传输速度充其量也就是每秒40G。

到此为止，这件事似乎就只是服务器内部以及服务器之间的数据传输速度更快了，数据中心和超级计算机群的运行更高效了，同时也为英特尔带来了全新的巨额潜在收入【去年服务器的全球出货量达到810万台，像亚马逊（Amazon）、Facebook和苹果（Apple）这样的公司正投入巨资打造自己的云计算和大数据能力】。实际上，这件事的意义远不止于此。机架服务器内部及彼此间能实现超高速数据传输将彻底改变数据中心的设计方式，促进更加高效、更有效能的计算中心和数据中心的涌现。

高德纳公司（Gartner）技术及服务供应商研究集团的首席研究分析师舍基思•穆塞尔称：“这使得重新定义计算系统的拓扑结构成为可能，而这正是关键所在。我们将能建造规模大得多的计算系统。以前我们每次只能增加一台服务器，今后则能建造超大规模的服务器。”

现有的数据中心架构受到诸多技术限制的局限，其中很多与数据传输有关。一般来说，每个机架服务器都需要一组存储设备、处理器和网络基础设施才能有效运转，这是因为这些组件之间的物理隔离会导致处理延迟。这种系统往往需要花大量时间将电信号从一个物理位置通过铜质或网络数据线传输到另一个位置，结果导致整个系统运行速度降低。

咨询公司Moor Insights & Strategy的高级分析师兼首席技术官保罗•泰西表示，很多硬件公司正在设法解决这个问题。一般情况下，它们的做法是，在每个机架服务器中搭建新的架构，在更小数量级的水平上进一步整合存储设备、网络和计算/处理器，以降低延迟，同时提高数据处理能力。不过英特尔却的开发方向却完全不同。

泰西称：“英特尔提出的、由硅光子学所支撑的架构则几乎是按照完全相反的方向开发的。实际上，他们是将主要部件分开放置，并用延迟率很低、带宽极高的连接方式来弥补处理效率的降低。”

这正是超大容量光速数据传输载体得以成为关键支撑要素，并可能改变计算系统设计模式的用武之地。泰西称，如果要做大数据分析或是操作实时交易数据库，那就会想要一个大型的连续存储数据池，而不是在整个数据中心的每台机架服务器上零星分布，依靠数据线连接的那种存储数据。靠现有的架构无法做到这一点，但凭借能克服延迟的硅光学芯片的高速传输能力，数据中心设计师就能大胆设想了，还能为需要极高运算效率的特定任务定制计算阵列。穆塞尔称，关键在于效率。联网的机架服务器的运行和冷却都需要消耗大量电力。而与现有的数据传输技术相比，硅光学芯片产生的热能更少。同时，如果能让设计师通过集中冷却某些最需要降温的部位、而不是平均冷却设备从而进一步降低能耗，这种技术还能让他们自由构思数据中心和超大规模计算设施与现有模式完全不同的构建方式。

穆塞尔称：“这确实是模式方面的一个大转变，而如果他人无法做到这一点——即如果这种技术能大幅降低联网成本，同时通过降低联网的能耗从而减少总能耗——那就是关键价值所在。而且这还能让英特尔保护自己的主要业务，即处理器。”

穆塞尔表示，英特尔以生产业内最大的处理器而著称，但这些处理器也极为耗能。如果英特尔能降低系统内其他地方的能耗，面对那些可能靠体积更小、能耗更低的处理器打江山的对手，它就能让它们的价值主张大打折扣。他说：“现在能够随心所欲地制造计算系统了，因为英特尔能降低联网的能耗。”

不过这种构建模式的转变不可能一夜之间实现。泰西表示，对很多应用来说，硅光学技术还太过昂贵（英特尔还未公布官方定价），而且对现在很多注重数据应用的公司来说，大规模计算的其他方面更加重要。除了这项技术本身还不够成熟外，目前联网能耗也还没有达到让全面上马硅光学技术的高额成本显得合情合理的地步。泰西说：“再过几年，到2020年左右局面就会改观。”

不过，正如穆塞尔所指出的，对英特尔的硅光学技术来说，事情不只是将激光硅芯片植入所有数据中心这么简单。它事关创造一种全新的模式，让英特尔的芯片制造这个核心业务及其他大规模计算基础设施能获得更大的发展。

泰西说：“硅光学技术有点像特洛伊木马，专为基于X86（基于英特尔技术）处理器打造大规模计算系统服务。这是一种创新突破，如果我是英特尔，这也是对抗IBM这种对手的绝好一招。”

穆塞尔同意这种说法。

他说：“这不光是靠硅光学带来收入的问题，而是关系到英特尔能否改变业界游戏规则的大事。”（财富中文网）

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