智算中心提速，布线不可忽视

智算中心提速，布线不可忽视

ChatGPT带火了智算中心的概念，然而从国际的角度来讲，并没有专门定义什么是智算中心（AI DC），但在中国被定义为一个新的品类。

那么到底什么是智算中心呢？在数据中心中，为了能够完成大模型的训练和推理，引入了GPU服务器部署，这样的数据中心我们就称之为智算中心。所以说到底，智算中心是数据中心中的一类。

智算中心有三大要素，即：算力、网络和数据，这三者相互关联，不可分割。我们以网络为例，由于引入了GPU的并行运算，算力水平大大提升，就好像马路上并行行驶的汽车增加了，那么车道数也要增加一样，因此网络带宽的能力需要急速提升。

智算中心提速，网络水平跟上了吗？

为什么这里讲“急剧提升”，给大家讲讲实际情况。前几年，当我们提到400G、800G觉得好像很遥远，因为大家常用的还是10G、25G、50G网络。但是，GPU并行计算一下子把网络推到了400G以上。

图 | 2027-2028年前后，数据中心中GPU服务器的数量将超过CPU服务器的数量，来源：康普，与非网摄制

与此同时，近年来，在数据中心中，GPU服务器的占比越来越高。根据Dell’Oro Group的数据显示，预计在3-5年后，即2027-2028年前后，GPU服务器的数量将超过CPU服务器的数量。

如果一台智算设备内部有8个GPU卡，它内部通讯要达到900G，那么外部通信用的InfiniBand网络或以太网也需要跟上步伐，提升到400G，甚至800G。换言之，随着智算的快速推进，400G以上网络的占比将占主导地位，包括400G、800G和1.6T。

此外，我们看到，GPU算力正在以每年翻两倍的速度增长，10年就是1000倍，那就预示着，网络也需要10年提升1000倍，所以网路的发展已经滞后于算力。

中国为何选择“原生非无损网络”的以太网？

前面提到，CPU、GPU之间的内部通信采用的是PCIe、NVLink接口标准，而外部传输是用的InfiniBand和以太网接口标准，在智算中心中我们常称它们为“IB”和“ROCE”。那么，这两种标准间有什么区别呢？哪种标准更适合中国智算中心市场？

IB技术来自于Mellanox，是一种专为高性能计算(HPC)和数据中心环境设计的高速通信协议，以其低延迟和高吞吐量而闻名，后来Mellanox被英伟达收购了，IB技术几乎成为了英伟达生态专属。

相比无损网络IB，ROCE属于后起之秀，它实际上是一种借助以太网来支持远程直接内存访问（RDMA）的机制。由于从诞生的机理来讲，以太网就不是一个专用网络，而是一个尽力而为的网络，所以很多人会质疑ROCE能否追上IB。

图 | 康普企业网络大中华区技术总监吴健，来源：康普

对此，康普企业网络大中华区技术总监吴健表示：“IB在整个智算里面的效率、稳定性要比以太网好，同时以太网很难做到无损也不假，但现在的以太网从协议层面、硬件层面，以及一些技术点上做了很多优化，几乎可以做到无损。我认为ROCE的速率发展跟IB的速率发展差不多，都会快速地进入到800G、1.6T时代。”

此外，吴健认为：“当前IB跟ROCE是共存的状态，这是因为英伟达主导了整个AI，而英伟达提倡用IB，但是在中国，以太网取代IB是势在必行。”

“在中国，没有一个纯粹的AI数据中心，GPU集群往往是数据中心中的一部分，或者属于Cloud中的一部分，如果要跟Cloud去做融合，那就一定会用到以太网，因为在融合方面以太网肯定比IB要好。”吴健解释道。

网络带宽大幅提升，倒逼光互联方案发展

智算中心中的网络带宽急需提升，为了提高端口密度并减少端口所需的空间 ，同时降低系统功耗，可以容纳多根光纤的MPO（Multi-fiber Push On）光纤连接器被大量使用，比如MPO16、MPO8；同时CPO（Co-Package）共封装光学连接方案将在800G和1.6T时代占据主流。

目前来看，可能IB的情况基本是以MPO8为主，ROCE以太以MPO16为主，它采用的收发器是有区别的，但是收发器出来之后光纤连接对于布线设计来讲是一样的。

关于光互联方案，当前，数据中心光互联的方案主要有三种：

图 | 三种光互联方案的对比，来源：康普，与非网摄制

第一种是传统的光模块连接方案，其中可插拔的光模块就是光引擎，光纤插在光模块上，通过SerDes通道将信号传送至网络交换芯片。这种方案中采用了DSP芯片对高速信号进行信号处理，来降低误码率，所以在链路性能、灵活性、可维护性和不同厂商间的互操作性方面表现良好，但DSP的功耗较大，以400G光模块为例，当前市场上采用7nm工艺的DSP芯片功耗通常要跑到4W，占整个光模块功耗的50%左右，而光模块的功耗大约占交换机整机功耗的40%以上，所以在低功耗方面表现不佳。此外，由于交换芯片和光引擎是分开布局的，所以在信号延迟表现方面也一般。

第二种是LPO线性驱动可插拔光模块连接方案，顾名思义，该方案采用了线性直驱技术，去除了传统光模块的DSP/CDR芯片，将系统功耗和延时做了优化，同时成本也相应降低，但也正因为做了简化处理，所以在系统误码率和传输距离方面有所牺牲。不过该方案依旧保留了传统光模块方案的可热插拔的特性，所以在后期维护方面存在优势，不至于单个元件损坏，要拆机才能维修。

第三种是CPO共封装光学连接方案，在这种方案中，最大的改动就是将交换芯片和光引擎进行了合封，不再采用可插拔光模块的形式，带来的好处是电信号在光引擎和交换芯片之间的链路缩短了，传输速率会更快，功耗更低，效率更高，且在尺寸方面也会缩小不少。有行业数据显示，采用CPO的方案，相比于光模块的方案，功耗可以降低50%，且能满足高速、高密度互联的传输场景，比如未来的智算中心。

吴健认为：“CPO方案将在800G和1.6T时代开始量产出货。LPO作为这种方案还会存在一段时间，至于何时CPO将在智算中心中全面取代LPO，取决于光模块厂商的‘挣扎’。不过，当光互联的方式演进到CPO（Co-Package，共封装模式）时，没有了AOC（Active Optic Cable），就会出现标准布线系统，光纤直接和设备相连，更利好布线设计和部署。”

智算中心部署仍面临多重挑战，如何破局？

“虽然布线只是智算中心成本支出中的很小部分，但是其重要性不可忽视，我们不能让布线成为智算中心这个大工程中的最大短板。” 康普企业网络大中华区总经理兼副总裁陈岚如是说。

图 | 康普企业网络大中华区总经理兼副总裁陈岚

这道出了布线的重要性，实际也是如此。举个例子，同样是400G、800G、1.6T也会有很多选择，如下图所示。

图 | 网络带宽部署选择方案，来源：康普，与非网摄制

更何况，智算中心还面临AOC等有源跳线施工难、机房环境洁净度差、线缆拉力问题、光纤线槽与物理保护问题、接头性能与光线品质问题、线缆外皮等级问题等挑战。

关于AOC等有源跳线施工难挑战，吴健透露：“当前，不论是在传统的光模块连接方案还是在LPO线性驱动可插拔光模块连接方案部署中，AOC的使用都遇到了很多麻烦，这种形态的产品在施工的时候特别容易断，所以现在基本不会用它，而是采用标准模块、标准布线的方式。”这也从侧面印证了AOC将退出时代舞台，同时在智算中心应用中，CPO方案下的标准布线将成为未来主流。

所以，在智算中心建设过程中，选择一家综合实力强，产品有保障的网络架构与布线设计公司来辅助部署，就会事半功倍。

值得一提的是，康普在智算中心布线领域，有着较强的前瞻性，在两年前就推出了模块化和超低损耗的端到端高速光纤平台Propel?，来满足服务器不同链路中不同网络带宽和连接方案的布线所需。

关于品质保障这一块，陈岚强调：“康普的光纤产品有25年质保期，并且针对25年质保期内的应用和性能提供了一份白皮书，由于在设计时就留了性能余量，因此经得起时间考验，客户一旦测试出不达白皮书中所述的标准，康普会免费更换升级。”

写在最后

高盛的报告预测，智算中心的硬件发展峰值时间将出现在2032-2033年间，峰值过后就是后期的软件、算法、数据这方面的事情，这意味着未来的8年里，智算中心硬件将保持快速增长。

而对于中国市场来讲，这几年对智算中心的投入很多源于“热钱”，还缺乏长期的规划和部署，所以中国的智算中心/数据中心的生命周期大约在4年左右，远低于国外发达国家产业化布局下的15-20年，这将给整个AI产业发展带来困扰。而其中影响智算中心/数据中心生命周期的点，涵盖机柜电源、布线、网络等。

此外，当前大家把更多的关注放在GPU等核心芯片上，事实上真正国产化低的是高速网卡，目前基本都是外购英伟达等企业的，所以这也是接下来AI产业要克服的重点。

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