在人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)中，延遲的重要性愈發(fā)凸顯。對(duì)于AI訓(xùn)練任務(wù)而言，低延遲是保障訓(xùn)練集群內(nèi)所有圖形處理單元（GPU）和節(jié)點(diǎn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。它能夠最大程度減少設(shè)備空閑時(shí)間，進(jìn)而提升整體訓(xùn)練效率。而在需要實(shí)時(shí)或近乎實(shí)時(shí)響應(yīng)的AI推理場(chǎng)景中，低延遲更是不可或缺的核心要素。

隨著GPU集群規(guī)模不斷擴(kuò)大，從數(shù)百個(gè)延伸至數(shù)百萬(wàn)個(gè)，功耗、空間以及可用性等方面的限制，迫使AI集群分散布局于多個(gè)城域和區(qū)域數(shù)據(jù)中心?！翱缫?guī)模”這一概念應(yīng)運(yùn)而生，專門用于描述數(shù)據(jù)中心之間的AI網(wǎng)絡(luò)連接。然而，數(shù)據(jù)中心的位置選擇以及它們之間的間距，都受到延遲因素的嚴(yán)格制約。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)延遲的構(gòu)成中，光在光纖電纜中傳輸所耗費(fèi)的時(shí)間占據(jù)關(guān)鍵地位。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)距離跨越城域、區(qū)域，甚至延伸至長(zhǎng)途和海底時(shí)，這一因素逐漸成為影響延遲的主導(dǎo)力量，相比之下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身產(chǎn)生的延遲則顯得微不足道。因此，光纖延遲的大小主要取決于傳輸距離以及每公里光纖的延遲特性。那些提供數(shù)據(jù)中心互連服務(wù)（如波長(zhǎng)服務(wù)、暗光纖和托管光纖網(wǎng)絡(luò)）的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，往往通過(guò)優(yōu)化光纖路由，確保擁有最短的光纖路徑，以此在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

每公里光纖延遲與光纖的折射率緊密相關(guān)。自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，傳統(tǒng)光纖至今已在全球部署超過(guò)70億公里。盡管在降低損耗和提升性能方面不斷取得進(jìn)步，但這些光纖均采用二氧化硅作為纖芯材料。二氧化硅纖芯光纖（SCF）的折射率約為1.5，這意味著光在其內(nèi)部的傳播速度比在真空中慢約30%。

空芯光纖（HCF）的出現(xiàn)，為光纖技術(shù)帶來(lái)了全新的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的二氧化硅纖芯光纖不同，空芯光纖的纖芯呈中空狀態(tài)，內(nèi)部填充空氣或特定氣體，其折射率約為1。這一特性使得光在空芯光纖中的傳輸速度比在傳統(tǒng)光纖中快50%，延遲降低約30%。對(duì)于AI領(lǐng)域的跨規(guī)模應(yīng)用而言，這一優(yōu)勢(shì)意義重大，它能夠?qū)?shù)據(jù)中心之間的最大連接距離增加50%，同時(shí)使數(shù)據(jù)中心的占地面積擴(kuò)大125%。這為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供了更為廣闊的選址空間，使他們能夠?qū)?shù)據(jù)中心設(shè)置在房地產(chǎn)成本較低，且具備充足電力和冷卻水資源供應(yīng)的區(qū)域。

在人工智能時(shí)代，功耗問(wèn)題同樣備受關(guān)注。空芯光纖不僅能夠助力數(shù)據(jù)中心靠近低成本電源布局，還能在降低光網(wǎng)絡(luò)功耗方面發(fā)揮顯著作用。其降低功耗的主要途徑之一是通過(guò)減少光損耗。目前，傳統(tǒng)二氧化硅纖芯光纖的光損耗穩(wěn)定在約0.14 dB/km，而最先進(jìn)的空芯光纖最小光損耗已降至約0.05 dB/km，研究人員仍在不斷探索，力求實(shí)現(xiàn)更低的光損耗。更低的光損耗意味著對(duì)高耗電光放大器的需求大幅減少。在短距離的數(shù)據(jù)中心互連應(yīng)用中，甚至可能無(wú)需使用光放大器；中等距離的互連場(chǎng)景中，數(shù)據(jù)中心之間的光放大需求也可能大幅降低；即使是長(zhǎng)距離的互連，所需的在線放大器站點(diǎn)數(shù)量也會(huì)減少，且站點(diǎn)之間的間隔增大?？招竟饫w還具有低色散和非線性損傷的優(yōu)點(diǎn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這有望促使相干光引擎的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)化，進(jìn)而降低功耗。低光損耗特性還可能延伸至數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，降低相關(guān)應(yīng)用的光功耗。

除了低延遲和降低功耗的優(yōu)勢(shì)外，空芯光纖還具備提升光纖容量的潛力，這得益于其更寬的頻譜以及改善后的波長(zhǎng)頻譜效率。然而，在空芯光纖能夠在商業(yè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署之前，仍面臨諸多亟待解決的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)涵蓋成本、可制造性、供應(yīng)商的多樣性，以及與測(cè)試、熔接、連接器安裝、維修和與傳統(tǒng)二氧化硅纖芯光纖耦合等操作環(huán)節(jié)相關(guān)的問(wèn)題。

盡管面臨重重挑戰(zhàn)，但近期光學(xué)行業(yè)會(huì)議上傳來(lái)的消息顯示，在空芯光纖領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展。多家主要云服務(wù)提供商與空芯光纖供應(yīng)商紛紛宣布開展部署工作，并建立合作伙伴關(guān)系以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。目前，這些初期部署主要聚焦于AI數(shù)據(jù)中心之間的城域跨規(guī)模應(yīng)用。隨著空芯光纖成本的逐步下降和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，低延遲和低損耗的特性有望推動(dòng)其在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的應(yīng)用，而海底部署則成為空芯光纖生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)。