ECOC 2025：多芯光纤SiPh光模块助力AI数据中心网络升级

随着AI计算需求的爆发式增长，超大规模AI数据中心的网络架构正面临前所未有的挑战。从后端的纵向扩展（Scale-Up）、横向扩展（Scale-Out）、跨域扩展（Scale-Across）到前端用户交互网络，AI数据中心需要支撑海量设备的高速互联，而光纤基础设施作为数据传输的核心载体，正遭遇数量激增、部署复杂、密度不足等多重困境。多芯光纤光模块（Multi-Core Fiber, MCF）技术的出现，为解决这些痛点提供了关键方案，成为AI数据中心网络升级的核心突破口之一。在2025 ECOC workshop上，Terahop的Ryan Yu博士发表了题目为MCF Transceivers for AI DC的报告，深入介绍和分析了MCF光模块的进展及挑战。

一、AI数据中心的光纤困境：规模与复杂度的双重挑战

超大规模AI数据中心对光纤的需求已达到惊人量级：单数据中心内部光纤数量最高可达2000万根，楼宇间互联光纤也突破100万根。这些光纤需要铺设在数据中心内部的电缆桥架、地下管道等路径中，不仅带来了巨大的部署压力——单根光纤电缆每英尺重量可能高达100磅，需要强化建筑基础支撑，还导致施工周期延长、人工成本激增。

更严峻的是，AI计算的带宽需求持续飙升。纵向扩展场景下，当前xPU带宽已达6.4Tbps（NV GB200平台约7.2Tbps），下一代将突破12.8Tbps，新的UALink标准更是需要支持跨机架1024个xPU的协同工作。传统单芯单模光纤（SMF）的部署模式下，光纤间距成为密度瓶颈，200Gbps/lane 的部署密度仅为0.8Tbps/mm，难以匹配AI数据中心的高密度互联需求。同时，随着传输速率提升至400G-PAM4，传统CWDM4技术受色散限制，在1-2公里传输距离内性能衰减明显，无法满足多楼宇园区化数据中心（3-10km+）的互联需求。

二、MCF技术核心：多芯并行，重塑光纤互联价值

多芯光纤的核心原理是在单根光纤中集成物理隔离的多个纤芯，实现多通道信号并行传输，且每个纤芯均与传统单模光纤兼容。目前2x2结构的4芯MCF已成为AI数据中心部署的核心候选方案，其核心优势集中在以下维度：

- 光纤数量与部署成本优化：

4芯MCF可将光纤数量减少75%（即3倍缩减），相应减少3倍的光纤接口终端，大幅降低光纤处理复杂度。这不仅减轻了电缆的尺寸和重量，还减少了对部署路径的占用，缩短了数据中心建设周期，加速AI算力的交付速度。

- 密度与带宽的跨越式提升：

MCF使光纤互联密度提升3倍，结合硅光子技术，可突破传统单模光纤的密度限制。在纵向扩展场景中，2x2 MCF接口能将带宽密度提升4倍，完美匹配下一代xPU的12.8Tbps带宽需求。

- 传输距离的有效延伸：

1310nm波长的MCF在相同光纤数量下，传输距离比传统CWDM4单模光纤大4倍。例如，200G/400G PAM4场景下，传统CWDM4技术在2km/500m内受色散限制，而MCF可支持500m-2km数据中心内部互联及3-10km+园区化楼宇互联，无需复杂的色散补偿方案。

- 硅光子兼容优势：

MCF可与硅光子光子集成芯片（PIC）高效耦合，利用硅光子波导的设计优势，实现低光损耗、高集成度的光学互联，为超高带宽收发器研发奠定基础。

三、MCF收发器技术：从兼容到原生，简化部署链路

MCF在AI数据中心的部署需依托适配的光学收发器，目前主要有两种技术路径：

一种是通过SMF-MCF转换器盒实现兼容部署，利用现有单模光纤基础设施，通过转换设备接入MCF网络，但这种方案会增加额外成本、占用物理空间，与AI数据中心“算力优先、空间优化”的核心需求相悖。

另一种是“原生MCF收发器”方案，将PSMF-MCF转换器集成于光学收发器设计中，无需额外转换设备，可直接接入MCF光纤。该方案充分发挥硅光子波导的设计效率，实现低光损耗传输，且部署更简洁、成本更低。

在2025年OFC展会上，Terahop首次演示了800G-2xDR4 MCF光学收发器和1.6T-2xDR4 MCF光学收发器，两款产品均基于硅光子PIC芯片，在发射机输出功率（Tx_Out_OMA）和接收机灵敏度（Rx_Sens_OMA）方面表现优异，可直接满足AI数据中心的各类互联场景需求。

四、MCF的核心应用场景：覆盖AI数据中心全链路互联

MCF技术已在AI数据中心的关键互联场景中展现出明确应用价值：

- 数据中心内部高密度互联（500m-2km）：针对xPU集群、服务器与存储设备的近距离高速互联，MCF通过4倍密度提升，解决传统单模光纤接口拥挤、路径紧张的问题，支撑400G/800G/1.6T等高速率传输。

- 园区化楼宇互联（3-10km+）：超大规模AI数据中心往往采用多楼宇园区布局，MCF凭借1310nm波长的低色散优势，无需CWDM4技术即可实现长距离传输，减少楼宇间光纤铺设数量。

- 纵向扩展场景的超高带宽互联：面对xPU纵向扩展的10倍带宽增长需求，MCF与硅光子技术结合，可提供更高的通道密度，满足12.8Tbps及未来更高带宽的传输需求，支撑跨机架大规模xPU协同计算。

五、部署现状与展望：标准化与生态协同加速落地

当前MCF技术已进入产业化落地的关键阶段，生态系统正逐步完善：超大规模AI数据中心用户对MCF技术表现出强烈兴趣，部分光纤供应商已实现MCF产品的规模化供应，800G和1.6T原生MCF收发器的成功演示验证了技术可行性。

标准化进程成为MCF大规模部署的关键推手。传统光纤标准由ITU制定，但目前ITU尚未启动数据中心MCF相关标准项目。为加速产业协同，业界正推动“数据中心MCF多源协议（MSA）”的制定，预计2027-2028年将形成统一规范，降低产业链部署风险。未来，随着光纤、收发器、连接器、熔接设备等全链路生态的成熟，MCF将在超大规模AI数据中心实现规模化部署，成为支撑AI算力持续增长的核心网络技术。