作者：Vivek Shah
Molex 先进技术资深总监
AI 处理器性能的提升，已使网络瓶颈从计算层面转移到连接层面。数据中心的网络架构，即连接处理器、加速器和内存的交换机、光模块及电缆所构成的高速通信基础设施，如今已成为扩展 AI 网络的关键瓶颈。当今的高性能数据中心依赖的是各种专用互连技术的拼凑架构，例如 PCIe、NVLink、以太网以及新兴的 Compute Express Link (CXL)。每种技术在其各自领域均表现出色，但若将这些协议拼接在一起，则会导致延迟、能效低下和管理复杂性等问题，从而限制整体系统性能。
业界的解决方案是统一网络架构：这是一种融合连接的愿景，旨在将整个数据中心视为一个单一、连贯的计算系统。这就将关键的工程挑战从软件编排转移到物理层。现在，连接器、光学器件和布线必须应对 AI 级计算带来的海量数据、信号完整性和散热需求。
拼凑架构为何难以为继
如今的 AI 数据中心连接策略是一系列专用协议的组合，其整体效率低于各部分效率的总和。PCIe、NVLink、以太网及 CXL 等每个协议都针对其各自领域进行了优化，但数据必须跨越多个层级才能在计算、内存和存储资源之间流动。每次协议转换都会引入延迟、缓冲和转换开销，这些因素共同作用会制约 AI 的训练表现，并导致昂贵的计算资源利用率不足。
各种互连系统各自的局限，凸显了异构 AI 网络所面临的挑战。NVLink 可在单台服务器内提供 GPU 间的卓越带宽，但无法原生跨节点扩展。以太网和 InfiniBand 虽然能连接不同机架和整个集群，但与原生 GPU 网络相比，其协议栈及 CPU 驱动的数据处理方式会带来显著的软件开销与延迟损耗。PCIe 及新兴的 CXL 标准为外设和内存提供了通用性，但它们主要作为特定任务的专用扩展存在，并非高带宽 GPU 通信方案。
AI 数据中心连接的新愿景：统一网络
为解决当前拼凑架构的问题，业界提出了“统一网络”的愿景：一种旨在将多种专用协议整合为单一的高性能网络，以便承载 AI 关键数据流量的设计。其指导原则是极致的简化。统一网络并非维护 PCIe、NVLink 和以太网等各自独立的领域，而是构建一个扁平化、可组合的网络，无缝承载数据中心的计算、存储及内存流量。该架构实现了“超级节点”的概念，即将整个集群视为一个可动态重构的资源池。在此模型中，一个机架中的 GPU 可直接访问另一机架中的内存，且开销极低；存储流量被整合进同一高性能网络；计算资源则可动态重新配置，以实现利用率最大化。
目前，多项重要的行业倡议正在推进这一愿景。这些倡议涵盖广泛，既有华为 UB-Mesh 等具体供应商方案（其目标是为每个 ASIC 提供超过 10Tbps 的带宽，延迟仅为亚微秒级），也有超以太网联盟等更广泛的行业协作。产生的实际成果将精准应对当前拼凑架构的低效问题：显著降低延迟以加速大规模 AI 训练，简化基础设施以减少运营开销，通过动态资源分配最大限度减少硬件闲置或利用率不足的情况。
AI 数据中心连接的物理层挑战
虽然统一网络是一个极具潜力的协议概念，但其具体实施将主要的工程挑战转移到物理层，从而对整个互连路径提出了全新要求：
- 片上 I/O：巨大的带宽需求正驱动共封装光学技术 (CPO) 的采用，即将光学收发器直接集成到处理器旁。这将给热管理、供电与可维护性带来新的工程挑战。
- 内部信号路径：在传统 PCB 上实现 224Gbps-PAM-4 信号传输可能成为一个关键瓶颈，因为高数据传输率会导致信号衰减并损害整体系统性能。
- 机架级连接：要实现跨数千个节点的网络扩展，数据中心需要具备超高密度线缆的先进可插拔连接器，既能可靠处理每端口 1.6Tb 的速率，同时又能维持信号完整性。
除硬件外，下一代网络还必须应对生态系统采用、与现有标准的兼容性以及保持供应商中立性等多重挑战。
为 AI 数据中心连接奠定基础
要满足统一网络的物理需求，需要采用一种考虑整个互连路径的工程方法。作为开放计算项目 (OCP) 的核心贡献者，Molex 不仅助力制定下一代硬件的开放标准，更为应对新架构下的海量数据负载、热管理挑战与高密度要求提供一系列解决方案产品组合。
片上 I/O 密度和热管理
转向 CPO 带来了关键挑战，涉及热管理和提升现场可维护性。Molex 外部激光源互连系统 (ELSIS) 是一种完整的可插拔解决方案，可将激光器移出处理器基板。这种方法采用盲插设计，无需用户直接接触光纤，因此可提高散热性能、简化维护并增强系统安全性。
内部信号完整性
在传统 PCB 上实现 224Gb-PAM-4 信号传输会因信号衰减而产生严重的内部瓶颈。BiPass 技术提供直连 I/O 的解决方案，通过专用的低损耗双轴电缆传输高速信号，从而绕过 PCB。这样可以保持数据完整性，无需昂贵、耗电的重定时器，从而降低系统成本和热负荷。
机架级连接
在数千个节点上扩展网络需要新一代 I/O 端口，以实现 1.6Tb+ 的速度和极高密度。QSFP-DD 和 OSFP 可插拔连接器产品组合可提供必要的行业标准高密度接口。该系列解决方案能提供稳定可靠的高带宽连接，同时具备 QSFP-DD 的向后兼容性和 OSFP 外形的卓越热管理等显著优势。
Molex：精心设计统一的未来
向统一网络的转变，代表着对 AI 数据中心连接的根本性重构，这是满足大规模 AI 工作负载需求的必然演进。尽管软件协议持续发展，但实现以极低延迟、功耗和信号衰减传输太比特级数据的底层物理需求，仍是长期存在的工程挑战。归根结底，任何统一网络无论协议如何，其性能最终均取决于其物理底层结构在创新、效率与可靠性上的表现。
Molex 将深厚的工程专业知识应用于整个互连路径，致力于提供基础硬件，将统一网络概念转化为现实，并实现高性能和可扩展性。