盡管如今光纖電纜速度很快，但在互聯網服務器層面將其光子轉換為電信號仍然消耗大量電力。

日本電信公司NTT和東京電子巨頭東芝正在探索解決這一問題的新方法。去年11月，這對組合展示了通過一個由300公里外數據中心控制的光和無線網絡實現的高速工廠生產。

他們將此次演示描述為業界首創——這是NTT近期推廣的，旨在說服科技界光子學將成為“下一代信息與通信基礎設施”。

NTT的光電子收斂（PEC）裝置用光學替代品取代了電子交換機，降低了每秒傳輸太比特數據所需的功耗。

互聯網的瓶頸是在服務器機架內部嗎？

數十年前，光纖徹底革新了數據傳輸方式。但傳統光纖網絡仍需路由器、收發器等電子元件實現光電信號轉換，數據在數據中心內部以電信號形式傳輸。在高速傳輸場景下，這種模式易引發數據包丟失，同時導致網絡在速度與能耗方面面臨顯著局限。光子系統則直接將信息編碼為光信號，借助光子數量、偏振態、相位及振幅等特性完成信號編碼，并通過光纖傳輸。

NTT 稱其創新光無線網絡（IOWN）光子學平臺可將電信網絡能耗降至當前的百分之一，數據傳輸容量提升 125 倍，網絡時延縮短至當前水平的千分之幾。而人工智能時代，數據中心能耗正快速攀升，預計將增長超一倍。國際能源署執行董事 Fatih Birol 指出，到 2030 年，全球數據中心耗電量或將與日本全國耗電量相當。

NTT IOWN Development Office 聯合負責人 C. Sean Lawrence 表示：“我們需要突破傳統思維來應對這一挑戰。核心思路是在數據中心內部、服務器電路板之間、電路板硅封裝之間，乃至最終在封裝內部的硅芯片之間，實現從電氣布線到光布線的轉變。我們相信，這一變革將徹底重塑高性能數據傳輸與計算領域?！?/p>

光子芯片實測落地

NTT 目前面臨光元件小型化及芯片集成成本高昂等挑戰。2023 年，NTT 開始向數據中心推出 IOWN 相關組件，同年成立 NTT Innovative Devices，專注于研發和生產光電融合（PEC）器件。PEC 器件類似可插拔光收發器，可實現數字光信號與電信號的轉換。NTT 表示，將光元件與電子元件集成于單一封裝，相比傳統網絡與計算電子元件，能耗和散熱表現更優。

NTT 通過多項演示推廣該技術理念，包括長距離數據中心傳輸項目。例如，其與 Chunghwa Telecom 合作呈現的 “超歌舞伎” 表演，通過光子技術、視頻技術及大型屏幕舞臺，連接相距約 1700 公里的大阪和臺北舞臺，實現兩地演員實時互動，時延僅 17 毫秒，幾乎難以察覺。

隨后，NTT 在東京研究中心展示了 PEC 硬件。在眾多 IOWN 技術演示中，該中心搭建了模擬電視演播室場景。NTT 稱，歌舞伎表演中使用的板對板原型機采用第二代 PEC 交換機，傳輸容量達 51.2 太比特 / 秒。此外，NTT 還研發了硬件資源控制技術，結合 PEC 交換機，相比傳統光計算系統降低了能耗。

該公司正與美國芯片制造商 Broadcom 等企業合作，計劃于 2026 年實現第二代 PEC 器件商業化。這一硬件是 NTT IOWN 發展路線圖的重要一步：第二階段實現電路板間光通信；2028 年推進芯片間光互聯；2032 年實現芯片內部光連接。

IOWN Development Office 另一位負責人 Yosuke Aragane 表示：“封裝間光互聯技術正處于研發階段。我們正聯合生態伙伴及借助政府資助項目開發量產技術。芯片間光互聯技術也在規劃中，回顧技術發展歷程，我認為這項技術有望在 21 世紀 30 年代初成為核心技術。”

NTT 能否推動行業全面轉向光交換？

NTT 深知僅憑自身難以實現這一技術變革，因此于 2020 年聯合 Sony、Intel 成立光子學生態聯盟 ——IOWN Global Forum。目前該聯盟成員已超 160 家，涵蓋芯片制造商、服務器廠商以及 Google、Microsoft 等互聯網企業。

IOWN 與歐洲已開展 20 年的 “Photonics21” 計劃形成呼應，后者是旨在推動歐洲光子產業發展的公私合作伙伴項目。

不過，NTT 在新技術推廣方面過往表現喜憂參半。1999 年，NTT 作為全球市值最高的企業之一，其開創性的 “i-mode” 移動互聯網服務未能在海外打開市場。如今，該公司的全球影響力已大幅下降。

美國 LightCounting 研究公司分析師 Roy Rubenstein 稱：“電信企業過去錯失了云計算和人工智能等發展機遇，但邊緣網絡連接是其核心優勢，這是它們搶占市場份額的最后機會。此次不同的是，我們看到由電信企業主導并獲得支持的技術項目。我認為 NTT 的發展路線圖貼合行業整體趨勢，切實可行，但僅憑其自身無法完成，即便聯合眾多企業，也仍面臨挑戰?！?/p>

Roy Rubenstein 補充道：“隨著人工智能興起，計算重新成為核心領域。若人工智能熱潮降溫，技術推進的緊迫性將減弱；若保持當前發展態勢，五年內 IOWN 的愿景有望進一步落地?！?/p>

東京慶應義塾大學電子電氣工程教授 Takasumi Tanabe 認為，IOWN 推動了硅光子學和光封裝領域的重要研發工作。

Takasumi Tanabe 表示：“在器件層面，部分技術實現難度較大。以當前器件物理水平，完全摒棄電子元件的‘全光’系統尚不現實。控制、調制和信號處理環節仍離不開電子元件。即便如此，在未來對低功耗、高帶寬、低時延有嚴格要求的核心系統中，光子器件的作用將愈發關鍵?！?/p>

他還指出：“盡管部分目標較為激進，但 IOWN 的核心理念切實可行，該計劃有效推動了光子技術的突破性發展?！?/p>