NVIDIA 通過將硅光技術直接與 NVIDIA Quantum 和 NVIDIA Spectrum 交換機 IC 集成，開辟了新的領域。在 GTC 2025 上，我們宣布推出全球最先進的硅光交換機系統，該系統由先進的 200G SerDes 技術提供支持。與傳統的可插拔光收發器相比，這種被稱為共封裝硅光技術的創新技術具有顯著的優勢，例如降低 3.5 倍的功耗、降低延遲并顯著提高網絡彈性，這些都是加速大規模 AI 模型開發和推理的關鍵因素。
什么是共封裝的硅光技術？
共封裝的硅光技術是硬件集成的一次演進。通過將硅光學光收發器直接放在與交換機 IC 相同的封裝上，NVIDIA 可以實現以下目標：
- 降低功耗：與傳統的可插拔收發器相比，共封裝的 Silicon Photonics 可將功耗降低 3.5 倍。通過消除龐大的外部 DSP 并將信號路徑從英寸縮小到毫米，這項突破性技術可顯著提高能效。結果是：更密集、更可持續的 AI 基礎設施，可加快獲得見解的速度并進行擴展，以滿足新一代的 AI 的需求。
- 減少組件數量：減少部件數量意味著簡化制造流程，減少故障點。將光學組件直接集成到封裝中，降低了采購、組裝和測試大量微小部件的復雜性，這是傳統收發器系統面臨的常見挑戰。
- 增強性能：集成光學元件后，交換機 ASIC 和光學收發器之間的連接將在 IC 封裝層面進行設計、組裝和測試，從而消除信號降級的來源，并消除對獨立數字信號處理器（DSP） 的需求，因為傳統上，這些處理器會引入延遲并消耗額外的功耗。
- 簡化數據中心運營： 簡化施工可加快部署速度并簡化維護。
基于 NVIDIA 硅光的交換機的主要優勢
以下是 NVIDIA 光網絡交換機為現代數據中心帶來的突出優勢。
更低的功耗
傳統收發器使用的 DSP 會顯著增加功耗。例如，1.6 Tbps 收發器可能會消耗大約 30 瓦，而 DSP 消耗一半以上。
通過利用 NVIDIA 集成硅光技術，AI 數據中心的功耗比傳統收發器節省了 3.5 倍，長期而言可節省大量成本。
增加網絡正常運行時間和可靠性
傳統收發器出現故障時，可能需要花費數小時的人工干預來進行故障排除和維修。相比之下，共封裝的硅光技術采用更簡單的設計，組件更少，可顯著降低收發器故障的可能性。這種集成設計可更大限度地減少 AI 數據中心機時間，提高網絡彈性，并確保網絡保持全面運行，這對于不間斷的 AI 訓練和推理至關重要。
更低的延遲和更好的信號完整性
NVIDIA 硅光技術將光學信號直接集成到交換機 IC 封裝中，通過減少元器件數量和大幅縮短信號路徑來提高信號完整性。在基于收發器的傳統交換機中，信號通過印刷電路板或銅線傳輸 14-16 英寸，從而增加了信號損壞的風險。借助 NVIDIA 硅光技術，信號路徑不到 0.5 英寸，大大降低了這種風險。
基于收發器的交換機還依靠 DSP（數字信號處理器）來清除信號損壞，這會顯著增加延遲。通過將硅光技術直接集成到交換機 IC 中，消除了這種額外的處理，從而降低延遲并提高網絡效率，這對于高速 AI 工作負載和現代數據中心性能至關重要。
加快部署速度
與使用可插拔收發器部署的類似系統相比，采用共同封裝的硅光技術后，系統安裝成為一個簡單的“開箱即安裝”過程，部署速度提高了 1.3 倍。
易于現場維修
如果發生故障，該設計會將最容易發生故障的組件 (即激光器) 放置在交換機前面板上易于訪問的外部激光源 (ELS) 可插拔 OSFP 模塊上，從而促進快速診斷和輕松更換。
創新故事：協作與突破
共封裝硅光技術的開發歷經多年的努力 (歷時四年) ，其中包括數百項專利的貢獻以及與我們生態系統創新合作伙伴的合作。
通過自 2016 年以來的合作，NVIDIA 不斷突破技術極限，制定了 AI 網絡所需的一些最嚴格的行業技術規格。
硅光子 CPO 制造、封裝和測試
- TSMC： TSMC 硅光緊湊型通用光子引擎（COUPE）工藝使用 3D 晶圓上芯片和芯片堆疊封裝技術將電子集成電路（EIC）與硅光集成電路（PIC）集成在一起。
- SPIL：SPIL 以封裝復雜的集成組件而聞名，包括晶圓凸塊、晶圓分類、組裝和 NVIDIA CPO 多芯片模組測試。
ELS 激光器和子組件
- Lumentum、Sumitomo 和 Coherent：這些供應商使用硅光引擎提供 ELS 組裝、光學對齊和測試。
光纖、連接器和微光學
- Browave, Corning, Senko, TFC Communication 和 Coherent：光學連接器和光纖組件的行業專家，用于連接 ELS 激光器與極化，將光纖保持在硅光引擎中，并將數據輸出到前面板。
交換機封裝
- Foxconn 和 Fabrinet： 這些合作伙伴在系統級 CPO 組裝和測試以及將交換機-CPO 組件和子組件集成到交換機系統機箱方面提供專業知識。
總結
NVIDIA 基于硅光子學的網絡交換標志著數據中心網絡的突破性轉變。通過將光學收發器直接與交換機 IC 集成，這項創新可實現 3.5 倍的功耗降低、最小延遲和前所未有的網絡彈性——所有這些對于支持下一代 AI 應用至關重要。憑借更快速的部署、簡化的設計和增強的正常運行時間，NVIDIA 不僅樹立了新的行業標準，還重新定義了高速、可持續和可擴展的數據中心基礎設施的未來。這是效率與性能交匯的新時代的黎明，加速 AI 突破，并為后代重塑數據中心格局。
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