您是否觉得，如今在电视上才会见到的 Micro LED 技术，竟然还能用于制作网线，并实现数据传输？
事情是这样的，最近我（作者）在网上看到一则新闻，声称微软正致力于通过 Micro LED 光互联技术（MOSAIC），来解决算力中心数据传输“卡脖子”的问题。
虽然听起来有些抽象，但核心在于，负责数据处理的算力中心，却因为自身的数据传输“网线”不够用而受到了限制。
您可能会感到疑惑，现在在网上购买一根超六类万兆（10Gbps）的网线不过十几块钱，为何会不够用呢？
实际上，这与数据中心所使用的网线，在连接速率上存在着巨大的差距。
我们日常家庭使用的网线，最大传输速率通常在 1000 Mbps – 2500 Mbps（即 1 Gbps – 2.5 Gbps）。虽然近年来部分地区推广的“万兆网络”可支持 10 Gbps 的网线，但这几乎已是民用网线的速率上限。
相比之下，数据中心的端口交换速率，100 Gbps 早已是主流，而面向 AI 算力中心的交换机，更是以 400 Gbps 起步。
随着 AI 大模型规模的不断增大，在进行训练和推理时，服务器之间以及 GPU 之间的海量数据交换，对带宽的需求也随之急剧攀升。
为了满足如此庞大的数据传输需求，目前数据中心普遍使用的铜缆和光纤，已显现出“力不从心”的迹象。
我们先来看铜缆。这种材料的特性决定了其传输速率和有效传输距离难以兼顾。为了达到数据中心要求的高速率，高速铜缆的长度通常被限制在 1-2 米之内，这也是为何机柜内部的 GPU 之间多采用铜缆连接。
随着传输速率的增加，铜缆的有效传输距离会逐渐缩短（a），而光纤的功耗则会逐渐增加（b）。
再来看光纤。虽然光纤能够实现高速、远距离传输，甚至可以跨越机柜进行连接，但其涉及复杂的光电转换过程，需要消耗大量电力，并且对温度敏感，容易老化。在高温的数据机房环境中，故障率显著升高。
微软的研究论文指出，如果完全采用光纤互联，英伟达 GB200 NVL72 机柜的功耗将可能增加 17%，而超大规模的 GPU 集群，每 6-12 小时就可能发生一次链路故障。
综合考虑这些因素，英伟达 GB200 NVL72 最终选择了铜缆连接方案。然而，这导致了在该机柜中，72 个 GPU 只能被集成在单个机架内，这无疑给整个机柜的供电和散热带来了巨大的压力。
此外，高集成度的设计也增加了维护的难度。一旦某个 GPU 或传输链路出现问题，整个机柜的运行都可能受到影响。
通过以上分析，我们可以清晰地看到，传统的铜缆和光纤通信技术，已难以同时满足数据中心对高带宽、低功耗以及长距离连接的需求。
而 MicroLED 光通信的出现，正是为了应对这一挑战。
微软提出的 MOSAIC 技术，其核心在于利用 MicroLED 像素作为光源。您可以将发光的 MicroLED 像素阵列想象成一个个微型的显示器。
由于 MicroLED 像素能够独立发光，每个像素便构成了一个独立的数据传输光通道。
发射端通过控制像素的亮灭来编码数据（亮代表 1，灭代表 0），接收端则通过记录每个像素的亮度变化来还原接收到的二进制数据，从而实现信息的光信号传输。
与传统光纤通信原理相似，但 MOSAIC 的传输模式呈现出“宽而慢”的特点，与光纤的“窄带宽、高速度”形成对比。
首先，关于“慢”的方面。MOSAIC 的设计理念是，无需像传统光纤通信那样将单通道提升至 50 Gbps 甚至 100 Gbps 的超高速率，每个 MicroLED 像素仅需支持 2 Gbps 的“低速率”。
然而，正是通过这种“慢”的单通道速率，MOSAIC 实现了整体的高速传输，这得益于其“宽”的特性。
传统的 800 Gbps 带宽通常需要 8 个 100 Gbps 的高速通道来实现。而 MOSAIC 通过将 MicroLED 阵列设计成包含 400 个独立像素点，即便单个通道速率只有 2 Gbps，也能达到 800 Gbps 的总带宽。
但您不必担心，MicroLED 光通信的模块体积和功耗并不会因此而“失控”。
MOSAIC 之所以能够通过规模化像素实现高带宽，一方面是因为 MicroLED 像素本身的尺寸极小（几微米到几十微米）。即便构成 400 个像素点的阵列，其核心发光芯片的体积也小于 1 mm?。而传统 800 Gbps 级别光模块的核心光源/调制器体积可能达到十几甚至几十 mm?。
这就像是将一粒小米与一粒大米放在一起比较大小。
在相同的像素间距下，Micro LED 拥有更小的像素尺寸和更紧密的排列。
即便是将 MicroLED 的连接速率提升至 1.6 Tbps 甚至 3.2 Tbps，也就是当前数据中心主流传输速率的 4 倍，整个 MicroLED 光模块的体积依然不会超过传统光纤光模块。
另一方面，MOSAIC 所使用的传输线缆也颇具特色，借鉴了医疗内窥镜中使用的“多芯成像光纤”技术。这意味着，即使 MicroLED 光通道数量大幅增加，线缆的体积也不会随之增大。
这种多芯成像光纤内部包含数以万计的细小纤芯，其数量足以满足 MicroLED 数百个光通道的连接需求。
MicroLED 多芯成像光纤，可支持数百个光通道。
以 800 Gbps 带宽为例，传统光纤方案需要将 16 根单模光纤（8 根发射 + 8 根接收）集成在一起。而“多芯成像光纤”则能通过一根线缆实现高带宽传输。
此外，这类多芯成像光纤的有效传输距离可达 50 米，远超铜缆连接的极限。
再加上 MicroLED 结构简单，用于控制像素亮灭的电流开关也能做得更精简，从而省去了传统光模块中许多高功耗的电路。
根据微软的数据，在实现相同带宽的情况下，MOSAIC 的功耗相比传统光纤互联，最多可降低 68%，而故障率更是能降至原来的 1/100。
可以说，这项技术为数据中心提供了第三种平衡的解决方案，不再需要在“笨重的铜缆”和“高功耗的光纤模块”之间纠结，而是能够在功耗、距离和带宽之间找到一个更优的折衷点。
数据中心常用的连接方案：交换机之间采用光纤连接，机柜内部采用铜缆连接。
不过，目前 MicroLED 光通信仍处于技术验证阶段，台积电、Avicena、兆驰等厂商也正在积极进行原型机研发和产业布局，大规模商业化应用尚未实现。
尽管如此，这项技术的发展前景备受看好。尤其考虑到国外电力供应紧张这一现实问题，MicroLED 光通信在降低功耗方面的优势尤为突出。
更重要的是，它有望解决我们开头提到的，算力中心日益突出的通信效率“卡脖子”问题。换句话说，通信效率的革命，或许能够弥补算力方面的不足。
以华为的 384 超节点为例，虽然单个昇腾AI处理器的性能并非顶尖，但通过 384 颗 NPU 互联形成算力集群，其整体性能足以与英伟达的 GB200 NVL72 相媲美。
因此，我认为，通过新的光通信协议实现“弯道超车”，打造更快、更省电、更可靠的数据传输，可能将成为 AI 竞赛和算力“游戏”下半场的重要看点。
