为了解决数据中心大规模 GPU 集群互连的瓶颈,两家初创公司 Point2 和 AttoTude 提出了一种基于无线电射频 (RF) 的新型电缆技术。该方案通过将数字信号转换为毫米波或太赫兹波进行传输,旨在取代物理性能已达极限的传统铜缆。与铜缆相比,这种射频电缆传输距离更远、功耗更低、线径更细;与光纤相比,其成本和延迟也更具优势,有望成为提升未来数据中心效率和可扩展性的关键技术。
数据中心的扩展困境:“铜缆悬崖”
在数据中心领域,有两种扩展方式:
- 横向扩展 (Scaling out): 链接更多的独立计算机来协同处理大型任务,主要依赖光纤实现远距离连接。
- 纵向扩展 (Scaling up): 在单台计算机内集成尽可能多的 GPU,让它们像一个巨型 GPU 一样工作,这主要依赖于短距离的铜缆连接。
随着 GPU 间数据传输速率的要求越来越高,铜缆正面临其物理极限,即所谓的“铜缆悬崖”。为了传输更高频率的数据,铜缆必须变得更粗、更短,同时消耗更多电力,这给本已拥挤的机架内部带来了巨大挑战。
物理学上的“表皮效应”(skin effect) 是根本原因。在高频下,电流趋向于在导体的“表皮”流动,而非整个截面,这导致电阻剧增。要克服这一点,就需要更宽的电线和更大的功率。
一种全新的解决方案:无线电射频电缆
为了突破铜缆的限制,Point2 和 AttoTude 两家公司提出了用无线电技术替代传统电缆的方案。其核心是将电子比特信号转换为调制的无线电波,并通过特制的波导管进行传输。
这项技术结合了铜缆和光纤的优点:
- 长距离: 无需信号中继即可轻松达到 10-20 米的传输距离,远超铜缆。
- 低功耗: Point2 的系统功耗仅为光纤方案的三分之一。
- 低成本与低延迟: 成本仅为光纤方案的三分之一,延迟更是低至千分之一。
- 纤细轻便: Point2 的 1.6-Tb/s 电缆的横截面积仅为同等规格铜缆的一半。
两家公司的技术路径
虽然目标一致,但两家公司的具体实现方式有所不同。
Point2 Technology
- 技术核心: 开发了名为“e-Tube”的电缆,由 8 根纤细的聚合物波导管组成,使用 90 GHz 和 225 GHz 频率传输数据。
- 市场优势: 获得了连接器制造商 Molex 和 富士康 的支持,这意味着其产品可以在现有生产线上制造,更容易被大型数据中心客户接受。
- 制造工艺: 射频芯片可以使用成熟的 28 纳米 CMOS 工艺制造,成本控制更具优势。
AttoTude
- 技术核心: 专注于太赫兹 (300 至 3,000 GHz) 这一电子技术所能达到的最高频段。其波导管由电介质芯和包层构成,损耗极低。
- 创始人背景: 其创始人 Dave Welch 来自光通信设备制造商 Infinera,深知光子技术的弱点,如功耗、温度敏感性和可靠性问题。
“客户喜欢光纤,但他们讨厌光子学。电子学已被证明本质上比光学更可靠。” —— Dave Welch, AttoTude 创始人
未来展望:与 GPU 的深度融合
尽管这项新技术前景广阔,但仍需克服数据中心行业对铜缆的长期依赖。目前,行业甚至通过引入液体冷却来为高密度的铜缆连接降温,以尽可能延长其使用寿命。
然而,无线电方案的长期目标更为远大:将射频收发器直接与 GPU 协同封装 (co-packaged)。
相比于光纤,无线电技术在协同封装方面具有显著优势:
- 光纤与芯片的连接需要微米级的精确对准,制造难度大。
- 毫米波和太赫兹波的波长更长,对连接精度要求低得多,甚至可以手工完成对准。
因此,尽管可插拔的电缆是该技术的首次应用,但直接集成到处理器封装中的射频收发器被视为“真正的终极大奖”,有望从根本上改变数据中心的连接架构。