400G одноканальный: следующая революция в сфере центров обработки данных с искусственным интеллектом 

Источник: д-р Анна Татарчак, ECOC 2025 Market Focus
Искусственный интеллект коренным образом меняет базовую логику работы центров обработки данных. От обучения крупных моделей до вычислений в реальном времени — огромные объемы данных с высокой скоростью перемещаются внутри центров обработки данных, создавая беспрецедентную нагрузку на сетевую архитектуру, особенно на системы оптической взаимосвязи, которые «переносят» данные между вычислительными узлами.

Спрос растёт ускоренными темпами, и отрасль оказалась на важнейшем перепутье. Ответ очевиден: скорость одного оптического канала должна достичь 400G.
Речь идёт не просто об увеличении скорости, а о революции в архитектуре.

В последние годы скорость каналов в сетях центров обработки данных постепенно увеличивалась — 50G, 100G, 200G, словно подъем по лестнице. Но шаг к 400G — это не просто подъем на следующую ступеньку, а переход в другое здание.
Почему так? Потому что после повышения скорости одного канала:
 каждому модулю требуется меньше оптических каналов, что значительно снижает сложность физического уровня;
 снижается нагрузка на систему обработки сигналов (DSP);
 снижается стоимость передачи каждого бита данных.
Проще говоря, 400G делает архитектуру более простой и масштабируемой — а для стремительно растущей инфраструктуры ИИ это просто жизненная необходимость.

Какая сеть нужна для рабочих нагрузок ИИ?
В отличие от традиционных облачных сервисов, системы ИИ полагаются на параллельные вычисления тысяч и десятков тысяч графических процессоров (GPU). Это приводит к взрывному росту «восточно-западного» трафика внутри дата-центра, а узлы должны постоянно оставаться синхронизированными — ни малейшей задержки, иначе эффективность резко падает.

Поэтому уже недостаточно просто смотреть на величину пропускной способности. Плотность пропускной способности, качество сигнала, стабильность задержки — каждый из этих факторов так же важен, как и сама скорость. С точки зрения системного проектирования 400G означает не только более высокую плотность пропускной способности и более контролируемую задержку, но и предъявляет более высокие требования к управлению тепловыделением и энергопотреблением. Кроме того, дальность передачи ограничивается потерями в кабеле и дисперсией в оптическом волокне.
Проще говоря, переход на скорость 400G — это не просто поворот ручки; он затрагивает все аспекты архитектуры системы искусственного интеллекта. Только совместная оптимизация всех этих факторов может гарантировать стабильную и быструю работу всего кластера.

Инновации по всему стеку: от материалов до устройств
Для реализации одноканальной связи 400G необходимо обновить каждый уровень оптической связи.

Демонстрация компании Coherent на выставке OFC: дифференциальный EML 400 Гбит/с: диаграмма «глаз»
Для передачи сигнала 400G PAM4 полоса пропускания модулятора должна приближаться к 100 ГГц. В настоящее время исследуются различные технологические направления, каждое из которых имеет свои преимущества:
 Кремниевая оптика (SiPh) — высокая степень интеграции, хорошая масштабируемость
 Индий-фосфид (InP) — возможность прямой интеграции лазера, высокая полоса пропускания
 Тонкоплёночный литий-необиат (TFLN) — сверхвысокая полоса пропускания, хорошая линейность
Также ведутся исследования новых материалов, таких как полимеры и барий-титанат (BTO).

В конструкции модуляторов также существуют свои компромиссы:
 Кольцевой модулятор — компактный, но чрезвычайно чувствителен к температуре
 Модулятор Махера-Зендера — хорошие характеристики, но большие размеры и высокое напряжение питания
 Электроабсорбционный модулируемый лазер (EML) и дифференциальный EML — компактны и энергоэффективны
На приемной стороне тоже не обходится без сложностей. Чтобы достичь полосы пропускания, приближающейся к 100 ГГц, фотодетекторы и трансрезистивные усилители должны быть тщательно согласованы, чтобы сохранить качество сигнала при столь высоких скоростях. Ключевыми материалами здесь являются германий и фосфид индия.

От борьбы за полосу пропускания к борьбе за системную производительность
С ростом скорости изменились и критерии оценки. Старые показатели, такие как энергопотребление, дальность передачи и стоимость, конечно, по-прежнему важны, но на первый план выходят новые решающие факторы:
 Определенность задержки — обучение ИИ должно происходить синхронно, а колебания задержки недопустимы
 Коэффициент ошибок (BER) и целостность сигнала — ошибка в одном бите может привести к полному сбою
 Накладные расходы на прямое исправление ошибок (FEC) — само исправление ошибок также увеличивает задержку и потребляет полосу пропускания
 Линейность — многоуровневая модуляция предъявляет высокие требования к линейности
 Надёжность — даже однократное время простоя может повлечь за собой значительные затраты на повторное обучение модели
В эпоху 400G качество системы определяется не тем, насколько впечатляет какой-то отдельный параметр, а тем, удаётся ли сбалансировать все эти сложные компромиссы и в конечном итоге гарантировать бесперебойную передачу сигнала.

Расстояния сокращаются, архитектура становится «умнее»
Чем выше скорость, тем короче расстояние передачи. Такие оптические эффекты, как дисперсия, неизбежны, поэтому для передачи на большие расстояния необходимы технологии компенсации.
При использовании различных схем лазеров максимальное расстояние передачи 400G составляет примерно от 0,5 до 1,5 километра.
Интересно, что большинство каналов связи в центрах обработки данных на самом деле очень короткие — многие из них не превышают 30 метров. В центрах обработки данных на базе ИИ системы тесно связаны между собой, поэтому кабели будут только короче. А если нужно передавать данные на большее расстояние? Эту проблему можно решить с помощью MLSE (оценка последовательности по максимальному правдоподобию) или технологий компенсации оптической дисперсии.

Корпусирование, охлаждение и новые формы: вызовы на физическом уровне
По мере того как электрическая полоса пропускания превышает 100 ГГц, физические проблемы при проектировании межсоединений становятся все более заметными.

Пример с разъемным соединением | Пример с гнездовым соединением
В отрасли ведется разработка новых форм модулей — как разъемных, так и гнездовых — цель которых заключается в обеспечении целостности сигнала при более высоких скоростях передачи данных. Это требует повышения точности изготовления разъемов, кабелей и печатных плат на новый уровень.
Проблема теплоотвода также становится все более сложной. Плотность мощности постоянно растёт, и жидкостное охлаждение превращается из «дополнительной опции для высокопроизводительных систем» в «обязательную стандартную комплектацию».

Переломный момент для центров обработки данных
Одноканальная передача данных со скоростью 400G стала важной вехой в истории отрасли центров обработки данных. Она знаменует переход от «постепенных улучшений» к «архитектурным преобразованиям» — на первый план выходят эффективность, масштабируемость и оптимизация на системном уровне.
Чтобы справиться с этой задачей, необходимы инновации по всему стеку:

Компании, способные всесторонне развивать свою деятельность в этих областях, будут определять будущее направления развития инфраструктуры ИИ.

Взгляд в будущее
ИИ продолжает развиваться все быстрее, и нагрузка на сети центров обработки данных будет только расти. Одноканальная скорость 400G — это не конечная точка, а новая отправная точка: оптические технологии больше не являются просто «каналом связи», а напрямую определяют предельный уровень производительности системы. И именно эти вызовы станут стимулом для следующего витка технологических прорывов.