Page 31 - 网络电信2024年10月刊

光通信

实现对传统Volterra非线性均衡器复杂度最大降低93%[30]和对 与传统光纤相比，空芯光纤已经被证实拥有低延迟，低损
深度神经网络非线性均衡复杂度降低71%的实验[31]。图3描述了 耗等优点，相关研究也已经在实验室取得成功 ，[36] 文献[37]
Volterra复杂度降低程度，图4展示了传统深度神经网络和稀疏 验证了在相同的实验环路设置下，与使用标准单模光纤和非零
深度神经网络结构图。 色散位移光纤相比，空芯光纤分别实现了约5倍和2倍的增益提
图3 不同接收功率下算法复杂度比较[30] 升。在超高速率下空芯光纤降低延迟效果依旧明显，文献[38]
首次实现了基于嵌套抗谐振无节点光纤的C波段光子数据中心内
Minimum complexity:最小复杂度;Received power:接收功率 具有837Gb/s创纪录净比特率互联，光纤传输延迟和DSP延迟分
Memory length:记忆长度;Reduction in complexity:复杂度下降(%);Wiener Wiener算法[32] 别减少31.5%和40%。然而对于抗谐振空芯光纤，其弯曲损耗在
实际应用中至关重要，文献[39]首次提供了嵌套抗谐振空芯光
图4 (a)传统深度神经网络与 (b)稀疏深度神经网络结构对比[31] 纤的近似解析公式，使低紧密弯曲损失嵌套抗谐振空芯光纤的
设计更加简单，在1550nm处实现了0.039dB/m的低弯曲损耗，增
加了嵌套抗谐振空心光纤的适用性。但目前实际应用于数据中
心的方案仍然有限，空芯光纤的连接和接口技术是限制因素之
一，对此文献[40]成功开发了空心光纤连接器和电缆，使其在
真正低延迟传输线上的应用迈进一大步，若此结果能应用于数
据中心将会推进超低延迟光互联技术的进展。

综上所述，在传输方面的各项优点让空芯光纤在数据中
心拥有广阔的应用前景，但是大规模的应用必须依赖材料和制
造技术的进步，逐步降低空芯光纤的生产成本，提升其传输性
能，才能推动实现数据中心更低延迟的光互联。

综上所述，通过降低DSP算法的复杂度能够实现快速且高 3 数据中心超低功耗光互联技术
效的信号处理，满足数据中心对低延迟的要求。然而，DSP算法
处理信号的能力通常与其复杂度呈负相关关系，因此如何在保 3.1 硅光子器件
证处理信号质量的情况下优化DSP算法将是未来实现数据中心低 硅光子器件通常具备小尺寸、高集成度、低功耗的特点，
延迟光互联的关键挑战之一。从目前数据中心DSP算法的应用来 适合大规模应用于数据中心的光互联网络。图5展示了硅光在数
看，未来在算法模型方面，机器学习应该会被广泛应用；而随 据中心应用规模预估。
着数据中心光互联朝着光电协同处理的方向发展，DSP算法也 图5 硅光在数据中心应用市场规模预估[41]
将进一步在光信号处理方面发挥协同作用；此外，高性能的DSP
需要强大的硬件支持，未来的低延迟DSP算法应逐步与硬件更加 典型的低损耗硅光子器件包括调制器、波分复用器、光耦
紧密的联合，如依赖于光计算加速器等硬件进一步减少信号处 合器等[42-44]。其中，硅光调制器目前应用较多，例如北京理工
理时间，实现数据中心超低延迟光互联。 大学今年提出并设计了一种低损耗的超紧凑硅光子微盘调制器
(Micro-disk Modulator,MDM)[42]。该方案验证其所提出的MDM
2.3 空芯光纤 具有超紧凑的占地面积、低插入损耗和宽调制带宽，可以作为
信号在物理介质中的传播时间是影响数据中心光互联延 实现数据中心超低功耗光互联的方案之一。
迟的主要因素之一。空芯光纤不仅可以有效降低信号传播的延
迟，而且拥有比传统光纤更低的非线性，这为需要超低延迟的 虽然硅光调制器有可能满足数据中心对器件低功耗的要
数据中心光互联提供了更高网络设计灵活性的同时保证了信号 求，但是由于硅材料本身特性导致其带宽受限，与传统铌酸锂
传输质量。表3展示了空芯光纤与标准单模光纤，多模光纤在性 调制器相比虽然成本更低，但是其性能也会相对较弱。此外由
能上的比较。 于光学器件对精度要求比电子器件高，因此硅光子器件对制造
表3 空芯光纤，标准单模光纤，多模光纤特性比较[33] 工艺精度要求很高，在实际量产中如何保证器件质量也是需要
讨论和解决的问题[45]。这些问题使得设计完全适用于数据中心
光互联的器件具有挑战性。

综上所述，成本问题是数据中心光互联的关键问题之一，

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