數智化時代，我們每天都在享受科技帶給我們的便利。當你問家里的智能音箱“今天天氣怎么樣”時，智能音箱會立刻根據你的定位告訴你當天的天氣狀況。那么這背后的技術原理是什么呢？

實際上，我們發出的“指令”會以數據包的形式上傳至互聯網并進入全球的光纖網絡中，再匯聚到覆蓋數公里的眾多數據中心之一，從而實現信息的接收、映射和轉發。一個指令的數據包可能并不大，但假設一個城市甚至一個國家的人都在同時呼喚智能音箱，觀看短視頻，開zoom會議…那么這個數據量可想而知會有多龐大…

為了應對數智化時代人們所產生的龐大數據量，數據中心對數據網絡和接口速度的要求也在不斷提高，數據中心開發者希望能夠在降低延遲和耗電量的基礎上擴大信號的觸達范圍。長距離（Long-Reach， LR）連接對于日后的數據傳輸需求將會略顯吃力，而極短距離（Very Short Reach， VSR）傳輸技術將是未來趨勢。

為何要從長距離轉為短距離？

連接性是指無縫連接系統的能力以及監控信息是否能在系統A與系統B之間良好傳輸的能力。連接性是一個標準化指標，與信號在通信信道上的通信距離有關，由信號的“觸達范圍”決定。信號的觸達范圍越廣，耗電量就越大。

傳統的長距離連接是通過銅來互連的，因為銅具有高導電性、延展性、耐熱性和低成本等特點，在網絡中的應用最廣。未來幾年，數據的傳輸速率將從每秒100GB增加到200GB，這種情況下再使用電銅互連并通過PCB接口將信號傳輸到交換機就會變得異常困難，而且有點不切實際。盡管在這種情況下依舊可以通過高質量等級電纜或有源電纜來實現，但這樣不僅會大幅增加插入和功耗損失，機械問題也會進一步加劇，比如電纜剛性，由此將導致很難進入和靠近服務器機架的背面。

因此如果開發者希望交換機能夠以更高的速度運行，則需使用更粗、更密的通道提高數據傳輸量，也就是短距離（VSR）連接。

推動VSR和光學器件

進入數據中心的趨勢

相比銅互連，光互連借助光的力量可支持更快的數據傳輸、更高的帶寬和速度、以及更低的延遲和功耗。數據中心向更高帶寬和新架構的轉變將會推動光纖傳輸鏈路進入更多數據中心和機架中。

在當下先進的數據生成和處理環境中，有三個基本的市場趨勢驅動著這一轉變：

數據中心的數據流量增加：僅數據中心的數據流量增長率就比整個互聯網的數據流量增長率高5倍。根據Cisco全球云指數報告，此數據流量還將以30%的年均復合增長率穩步增長。要讓所有數據在不同工藝節點之間高效傳輸，就必須在數據中心內，從服務器和機架到各個單獨端口之間搭建更密集的互連。這種數據中心的內部流量需要“更寬”的數據通道，以便在更短距離可以傳輸更多數據，因此很多團隊會傾向于使用光學器件而非傳統銅互連。

通過網絡扁平化實現低延遲：一個數據中心通常可容納約100，000臺服務器。為了讓數據在每臺服務器之間高效傳輸，互連網絡在引導流量時需降低延遲。因此不能像傳統架構一樣讓數據穿越多個層級。低延遲要求交換機或服務器的數量不超過三層，由此實現全網絡的扁平化格局。由于服務器的數量龐大，所以網絡交換機的尺寸也會變大，并且需要高帶寬才能提高數據的傳輸速度，降低運行功耗，這就給交換機帶來了更大的壓力。

數據中心機架中同質資源的聚集：曾經有一段時間，數據中心被組織成超融合服務器，其基本構件（存儲、計算和內存）被整合到一個盒子里，通過銅互連進行連接。如今，這種組織方式正在向同質化轉變，這一趨勢被稱為服務器的分解。與超融合服務器相反，同質化資源具有共享和自適應的計算、內存和連接，可實現帶寬控制。這樣不僅能夠實現平臺靈活性，提高利用率，還利用了具有低延遲和低功耗特點的超密集光互連。

可插拔光學模塊和

共封裝光學器件

隨著上述趨勢推動多個光互連用例的發展，光學器件現在正向服務器和主機SoC靠攏（也稱共封裝光學器件）。但從實施角度來看，可插拔模塊在當下可能更現實一些。

可插拔模塊確實會帶來電源問題，但這些問題可通過在主機SoC中加裝低功耗SerDes作為有源銅纜中的重定時器來解決。通過加裝重定時器，接口在VSR PHY標準上得到優化，用于其余的電氣連接。這意味著團隊可以降低功耗和面積，而不再需要一個擁堵的長距離接口。雖然重定時器存在于上一代交換機中，但在插入和通道覆蓋方面仍有明顯損失。此外，由于PCB或連接器中使用了銅信號線，所以需要在中間加裝更多重定時器來補償插入損失。

如果利用VSR連接，無需使用重定時器也能實現接口標準化。數據中心以降低功耗來提高數據中心網絡交換機的帶寬密度的前提正朝著共封裝光學器件的方向發展，但是要廣泛采用還需要幾年時間。在此之前，光連接的方式依舊主要通過與VSR鏈路相連的可插拔光學模塊來滿足。利用這種可插拔模塊，可以更輕松地升級網絡基礎設施，從而支持400G、800G以及1.6T的以太網。

VSR應用實例

我們以上圖右上方所示的可拔插光學模塊為例。數據通過光纖進入光學模塊后會先轉換為電信號，然后需要通過電信號向主機方向傳輸。這些光學模塊體積小、結構緊湊，經常受到空間和功耗的限制，這意味著每個組件都需要節能。除了這些挑戰，熱力學極限也會受到影響。因為光學模塊的尺寸有限，無法配置內部冷卻機制，所以會導致模塊過熱。

這是VSR可發揮優勢的一個關鍵領域。將互連從LR鏈路轉換成VSR鏈路后，用戶可節省大量功耗。當下，光學模塊是VSR最重要的應用領域之一。

在光學模塊的主機SoC端，情況有所不同。對于主機SoC端的交換機來說，VSR連接在克服面積和功耗瓶頸上至關重要。隨著我們從25Tb一代交換機過渡至51Tb下一代交換機，LR互連在芯片中占據的面積會非常大，并且很快就會達到最高水平，所以制造過程的成本效益不高。

即使采用分割芯片和超短距離（XSR）互連等替代方案，系統的總功耗也相當大，并且會影響整體系統性能。因此，VSR將再一次發揮用武之地，通過低延遲、低功耗和高吞吐量，縮小芯片面積，并將功耗大幅降低50%。

通過完整的光學集成解決方案

為團隊賦能

隨著VSR市場不斷發展，其功耗、性能和面積（PPA）優勢受到業界關注，廣泛的集成支持和生態系統互操作性成為關鍵。新思科技112G以太網PHY IP支持長、中、甚短和超短（LR、MR、VSR、XSR）電通道以及CEI-112G-線性和CEI-112G-XSR+光學接口。高能效PHY可提供出色的信號完整性能和抖動性能，超越IEEE 802.3ck和OIF標準電氣規范的要求。

客戶現在有了一個全面且合規的解決方案，該解決方案針對28GHz奈奎斯特頻率下超過20dB的VSR通道進行了優化，并且考慮到了該行業在功耗或散熱方面的系統瓶頸。鑒于性能是一個多維度挑戰，我們會為芯片設計開發者定期提供集成、測試、驗證和系統分析支持，以解決關鍵挑戰，這些支持超越了我們所提供的IP范疇。

為實現與其它收發器的互操作性，新思科技還全面支持跨供應商驗證，讓客戶在設計芯片時獲得不同程度的自由度和信心。新思科技針對VSR開發的112G以太網PHY IP正在成為800G光學模塊的理想解決方案。

隨著工作負載需求和數據速率的不斷提高，如果公司在云計算、電子商務和社交媒體等數據密集型領域蓬勃發展并建有自己的超大規模數據中心，則需要通過VSR連接來管理其數據流量的增長。毫無疑問，VSR連接不僅可以將可插拔市場的存續期延長五年，還能更好地利用我們現有的服務器。隨著數據的生成量和處理量成倍增長，VSR是緩解當前銅互連挑戰的理想之選，同時還可在交換機與服務器前面板之間提供可靠的電氣接口。