Light Peak是未来设备互联方向

未来设备互联应该是什么样的?是无数电缆错综复杂地连接在一起,布局非常不美观,而且成本非常昂贵?

现在无论是移动设备、互联设备还是消费电子产品,面临的共同问题是如何做到更小、更薄、更轻、更加抢眼,比如更轻薄的笔记本电脑、智能手机、电视机等。这种对轻薄的追求就涉及到设备互联问题。

设备互联现状

现在有太多不同的连接器,带来许多问题。众多的连接器不仅占用空间,而且许多连接器本身的尺寸很大,从而增加了相应设备的体积。比如一个笔记本电脑上有视频连接孔、音频连接孔、上网连接孔,还有各种插槽等。可能一台笔记本电脑上真正用到的连接孔也就一两个,但是这些连接器毕竟都要装上去,这样就占用了非常大的空间,也给用户的使用带来麻烦。

很多情况下,我们使用的电缆太多,电缆的类型也太多。打开家庭的某个橱柜,会发现里面有各种各样的电缆电线,而且每根的功能都不一样。当用户需要找某个电缆时,可能要花很长时间,所以用户的使用体验非常差。

从技术层面上讲,我们在电缆上能实现互联互通的能力非常有限。铜技术应用已经越来越接近极限,而且其本身的成本非常高,用这些电缆连接的成本也非常高。

对于想制造挂在墙上的超轻薄电视机的厂商来说,如果把电视机的各种插槽、插孔都装上会非常占空间。消费者经常要把电视机从墙上摘下来,想想哪个孔应该插哪条连接线,而且每个设备的连接线又不一样,比如说多媒体设备、电脑设备、通信设备的连接线都不一样,不同设备有不同的需求。现在想把所有连接孔、插槽放在一台机器上越来越难了,因为空间实在不够。这就带来一个非常严重的问题:未来如何设计设备,未来设备的互联互通怎么实现?

连接线变短是趋势

在讲互联互通这个问题之前,先来讲一下无线。除无线传输外,未来非常重要的技术发展方向就是光纤传输。这方面的进展虽然非常缓慢,但是没有停止。长远来看,光纤传输是我们的首选。高带宽、长距离、大容量的传输优点决定了光通路传输是长期解决方案。

过去很多问题是通过无线来解决的。不过在未来,英特尔中国研究院和英特尔其他研究部门、技术部门研究的重要技术方向就是光通路光纤的传输技术,这是未来非常重要的传输技术。

现在铜互联技术应用已接近极限,大家可能会问:这个极限是多少?这个极限并不一定要确定在某个数字上,比如说我们每延长1米,传输量是不是能够增加一点。现在USB3已经不再是5米长的连接线,已经缩短到2~3米,连接线变短是一个趋势。

与此同时,现在铜互联方式的成本也已接近了极限,我们希望光互联能够以一种成本非常低的方式实现设备互联。在未来,我们可以找到一种非常便宜的方式实现光互联。在电信方面,光互联一定会成为首选的连接方式。

光互联是未来方向

光互联经常用于长距离互联,比如50千米甚至更远。因为有时要在很深的地下做光纤铺设,对测试环境的要求也就非常高。所以,现在光互联的使用成本仍很高,你可能要花10万美元来实现。只有当价格处于比较合理的区间时,消费者才能真正接受光纤传输。

现在,只有当我们找到一种非常低廉的光互联方式,才能保证消费者能够接受,从而使消费者从手持设备到各种更高端的设备都能采用这种互联方式。所以我们要衡量相关成本,是不是每个端口只需要花几美元而不是几十、几百美元就可以实现端到端的联接。

未来可能有两件事情发生:一是不同行业的用户在自己的设备上采用光互联实现设备之间的互联;二是一个设备上有多个连接器,比如在显示器上有显示器的连接器,还有万用的I/O连接器。如果我们朝着第二个方向发展,就会出现完全没有必要的市场细分。因为如果每个细分市场、每个设备都有自己独特的连接器,那么不仅会增加成本,而且使用起来也非常麻烦。

英特尔已经意识到光连接是未来发展方向,我们已看到光连接技术总体的融合。通过光连接可以实现规模效应,而且消费者使用起来非常便捷。那么,要实现这些有哪些关键技术需求呢?

首先,要有廉价、快捷的光连接;此外,我们还要减少连接器的数量,所以我们要搞清楚能够支持各种不同种类流量的链路。这样,某一种连接就可以支持各种不同的流量。我们还要解决一个问题:我们不需要一个一个的连接器,我们需要的是一种非常好的交换方式,多个设备之间可以实现直接交换通信流量,这样也可以进一步降低成本。最理想的情况就是有一个连接器家族,比如说服务器家族、手持设备的连接器家族,而且连接器数量非常有限,还要做到是开放式的。现在的设备可能跟未来不一样。在未来,不管发明什么样的设备,这些连接方式都可以支持。这样才能保证各种不同的设备都能很好地连接起来。这也正是Light Peak项目的精髓所在。

我们正在跟业界一起来合作研究这项技术,而且是一个独自可兼容光学的架构,这是我们的目标。从实际操作角度来说,LightPeak为用户提供这样一个系统——所有的插孔都有同样的容量,如果你的连接线能够插进某个插孔,就能够实现你想要的功能和传输容量。

LightPeak能实现的架构首先是有一个融合的I/O传输层,这样的设计并不是要替代现有的协议,比如不会改变大家传输像素、图像的方式。建立这种架构的人完全了解大家进行硬盘数据传输的方式。我们并不是想要跟现有的行业技术进行竞争,我们只是想创建一个通用的架构、平台,支持各种各样不同的协议。

下面介绍一下技术层面的细节。英特尔是从一个基本方案起步的,大家都说我们是先爬再走。这个方案首先是由一个路由器承载各种各样的协议,从长远来看,我们的目的就是保证很好的融合,这样才能实现高速度、低成本的性能。过去几年,英特尔一直在做硅光学的研究,只有具备这样的技术实力才能实现这种架构。

英特尔的机遇与挑战

2005年2月,英特尔第一次发布了混合硅激光,此后还发布了一些其他比较关键的混合硅激光。硅能够带来热,但不会带来光,这就产生了问题。混合硅激光解决方案是我们和美国加州大学圣塔巴巴拉分校合作研究的项目。

另外,我们在广电探测器方面也取得了了不起的成果。目前我们做的很多工作是希望尽可能实现传统的搭载性能和技术能力。在广电探测器方面,我们获得的带宽是世界上最高的。可以说,我们的广电探测器能力要远远超出其他现有技术所能够提供的。

如果能够实现以上技术,并想打入市场,必须考虑两点:一是成本相当低且速度非常高(100Gbps)的光电连接方式;二是高性价比、超高速(太比特每秒)的解决方案,在云计算、大型数据中心,该技术很必要,能使数据在一个强大的系统中进行快速传输。

目前我们也面临一些挑战,这些挑战很大程度上来自能耗效率,我们正在加紧做这方面的工作。我们知道能耗效率对于每一个系统都很重要。另一个挑战来自封装。封装的问题包括如何把光纤放在封装里面,有很多的解决方案,但是什么才是最好的解决方案,很大一部分在于能效问题。

英特尔认为在未来几年中,完全可以把光技术推向大众市场,时机正在成熟。而且这将会很大程度改变连接器的运作。其中很大一部分是技术挑战,你要知道如何使用,还要进行基础性的研究,此外还要进行工程技术的创新。所有的解决方案都需要标准化,也需要业界大力合作,希望我们新的愿景能够尽快实施。

(本文根据康凯文在“2009年英特尔中国研究院开放日”活动上的演讲整理而成。)

康凯文(Kevin C. Kahn)是英特尔研究院(Intel Labs)高级院士,主要关注家庭宽带接入、无线LAN与PAN、频谱政策以及相关的互联网问题。康凯文在英特尔工作的33年中,曾在多个领域从事管理等工作,包括系统软件开发、操作系统、处理器架构以及各种战略规划,并在处理器架构和通信技术领域拥有多项专利。

LightPeak高速光纤技术是一项新颖的总线连接技术。这项技术仅需要一根非常细小的光纤线缆,就可以提供10Gbps的传输速率和长达100米的传输距离,非常适合连接外部设备、内部存储设备或者外部存储设备。Light Peak拥有非常先进的特性,它支持多种协议,支持全双工传输,支持QoS传输质量控制技术,还能支持热插拔。LightPeak提高带宽也非常容易,可以通过像SAS那样提供多个口的宽连接来达到20Gbps、40Gbps的速率。