根据国际能源署(IEA)的报告，到2024年，全球数据中心的电力消耗将接近415TWh（太瓦时）……
　　
　　从某种角度来看，它占了当年全球电力消耗的1.5%。当生成式人工智能(人工智能)突然出现时，很难想象它会是一个能源消耗者——但这是不可否认的。
　　
　　随着生成式人工智能对电力的需求与日俱增，数据中心正在寻找更清洁的能源解决方案。那么，是什么来拯救我们呢？一个不太可能的盟友——光子技术，它有望通过利用光的力量成为改变游戏规则的解决方案。
　　
　　指路明灯：光子学如何革新数据中心
　　
　　人工智能数据爆炸：数据中心困境
　　
　　数据中心是我们数字世界的基石。然而，生成式人工智能的快速发展带来了对能源消耗和数据存储的巨大需求，随着人工智能和大型语言模型（LLM）能力和复杂性的不断增长，这些需求每年都在显著增长。
　　
　　根据仲量联行（JLL）的行业预测，全球数据中心的使用容量预计将从2023年的10.1ZB（泽字节）飙升至2027年惊人的21.0ZB。正如我们上文所述，它们的能源需求同样惊人，这引发了人们对人工智能驱动型数据中心的可持续性和环境影响的关键问题。
　　
　　欢迎来到集成光子学
　　
　　困扰数据中心的另一个问题是数据速率的不断提升，这严重限制了可插拔光收发器的性能，而可插拔光收发器允许在数十米的距离内实现交换机和网卡之间的数据传输。随着数据速率的不断提高，这些解决方案面临着越来越大的性能和功耗限制。
　　
　　光子学技术是研究光波的物理科学，是解决数据中心难题的一个有希望的解决方案。
　　
　　它不是利用电子，而是利用光来传输和处理数据。简而言之，集成光子学是将多个光子元件集成到电子器件中，以创建紧凑的集成光路，利用光子操控来传输和处理数据。
　　
　　在数据中心，快速数据传输至关重要，集成光子学是传统方法的有力替代方案，能够为高性能、下一代数据应用提供高速光连接。
　　
　　光子学在行动：加速信息高速公路
　　
　　光子集成电路是数据中心技术发展史上最重要的进展之一，推动了该技术突飞猛进。这些微型设备将众多光子功能集成到单个芯片上，实现了光速的快速数据传输。它们尤其适用于大规模数据中心应用，尤其适用于远距离高频数据传输。
　　
　　光子学在数据中心最广泛、最直接的应用之一是光互连。这些基于光的连接取代了传统的铜缆，实现了网络设备、存储设备和服务器之间的快速数据交换。所有这些不仅减少了因发热而造成的能量损失，还提高了可靠性，并提升了数据中心的整体性能。
　　
　　英特尔等公司已经开始部署硅光子收发器，其数据传输速度可达每秒100Gb（千兆位），并且有望在未来实现更高的速度。
　　
　　与光互连类似，数据中心的光交换机正在取代传统的电子交换机，利用集成光子技术提供更快的数据路由，避免了电子系统常见的瓶颈问题。这种改进不仅提升了网络可扩展性，还减少了数据中心内部的资源争用。
　　
　　此外，光子处理器也正在成为数据中心的“新光源”。与电子处理器相比，光子处理器拥有显著降低功耗和提高处理速度的巨大潜力，这正是数据中心亟待解决的问题。这些处理器利用光进行计算，有望彻底改变人工智能数据分析和模型训练。
　　
　　最后，光子外延片技术是所有这些进步的核心。这种创新的制造工艺能够设计出高性能光学元件，最终将成为下一代人工智能系统和数据中心的关键部件。
　　
　　节能增效
　　
　　毫无疑问，人工智能革命已经将数据中心基础设施推向极限，鉴于全球需求，这种趋势还将继续。然而，它也在以惊人的速度推动创新。集成光子技术凭借其可扩展、节能和高速解决方案的潜力，有望在此发挥关键作用。
　　
　　它使未来的数据中心能够满足人工智能算法对计算能力和数据的无限需求，使其不仅更加高效，还能处理更高的带宽。毫无疑问，数据中心和人工智能的未来一片光明，但这需要整个光子行业的通力合作——从能源供应商和数据中心运营商到系统集成商和芯片设计商。
　　
　　通过持续的合作与创新，该行业可以驾驭人工智能的力量，为子孙后代构建更高效、可持续的数字基础设施和人工智能驱动的未来奠定基础。
　　
　　编辑：Harris