中山大学李凡：简化相干光通信技术破解AI超节点跨域互连三大瓶颈

C114讯 1月22日消息（苡臻）近日，CIOE中国光博会联合C114举办的“2026中国光通信高质量发展论坛”第一场——“AI超节点互连架构演进”线上研讨会成功召开。会议深入探讨光互连在高性能AI集群中的可行性与落地路径，推动“以网强算、以光赋智”理念在算力基础设施中的实践落地。

期间，中山大学通信工程教研室主任、教授、博士生导师李凡发表题为“面向AI超节点互连的简化相干光通信技术及系统架构”的主题演讲。他表示，算力需求在大模型的推动下，呈现爆发式的增长，增速远超摩尔定律，大规模可持续增长的算力已成为制约AI发展的核心瓶颈，是当前科技竞争的焦点。

为了应对不断增长的算力需求，数据中心等算力设施经历了“纵向扩展（Scale-Up）-横向扩展（Scale-Out）-跨域扩展（Scale-Across）”三次演化。纵向扩展提升单机柜算力性能，算力规模达数百PFlops；横向扩展增加单数据中心算力性能，算力规模达数十EFlops；跨域扩展跨地域多数据中心算力资源池化，算力规模可达算力工厂级别。对比来看，下一代算力节点的增长必然将通过跨域扩展来实现，而在其中光通信光互连的重要性不言而喻。

跨域扩展是通过高速光网络连接地理分散的数据中心，形成统一的巨大算力资源池。而多个数据中心的联动需要依赖于低时延的传输技术，如空心光纤传输技术、高速的相干光通信技术来实现高效的多数据中心互连。

光互连是AI超节点的“智能动脉”

李凡指出，数据互连可以通过电互连和光互连两种方式实现。电互连技术非常成熟，但是其传输带宽有限，功耗密度过高，并且长距离传输时延大；而光互连可以实现海量的数据传输，且满足低时延、低功耗特性，满足未来数据中心的发展需求。

为了满足高速互连的数据传输，数据中心已经形成了完整的“光动脉系统”，在芯片级发展出光的OIO (Optical I/O)，光电单片集成，实现纳秒级超低延迟；封装级出现了光电共封装的机制，避免了PCB中长的走线；模块中出现了LPO (Linear Pluggable Optics)，线性驱动可插拔光模块，简化设计，替代同轴电缆，主要应用于Scale-Up和Scale-Out(部分)；而在数据中心级，需要依赖相干光模块，实现长距离、大容量的无间断传输，主要用于Scale-Out（部分）和Scale-Across。

为了支撑数据中心算力的持续增长，服务器中核心交换机光模块接口速率从40G逐渐演变到下一代1.6T，因此光通信传输技术也需要不停更新迭代。

在光互连中最早关注的技术是IM-DD和相干，早期的光互连都通过IM-DD的技术路径来实现，主要是因为其功耗和成本优势非常明显，但在下一代1.6T光互连中，IM/DD受限于色散容限，甚至无法满足两公里的传输距离要求，显然无法应用于多个数据中心之间互连的Scale-Across需求。

而随着传输距离的提升，相干技术可以通过技术路线简化的方式，有望逼近IM-DD单位比特能耗开销。因此，对于相干光模块应用于光互连的关键在于如何降低成本和功耗。

简化相干光互连技术及系统架构

李凡表示，将相干光通信技术应用于 AI 集群跨域互连（Scale-Across），需突破成本、功耗、时延三大核心瓶颈。接下来，他提出了优化的方向和手段：

成本上，需优化激光器，寻找昂贵的ECL激光器的替代品。通过温度、电流等调控的方式，可以构造稳频激光器，甚至可通过电流调控的方式进一步去压缩线宽，满足相干传输要求。例如，温度调控锁频 DFB 激光器可实现±2.5MHz 锁频误差，电流调控薄膜铌酸锂调频激光器更可降至±1.8MHz。

功耗上，主要通过降低 AD/DA 采样率以逼近单倍波特率采样架构，目前在Xilinx FPGA上已验证超 100 Gbit/s（净速率）低复杂度时钟提取及均衡简化相干光互连。

时延上，采用单波长大波特率空心光纤传输技术，可降低约1/3 传输时延。这三项技术的突破将有望推动AI跨集群互连的应用。