AFL：大芯数光纤光互连赋能AI集群规模化扩张

◆ AI/ML网络的刚性需求：光互连的不可替代性

AI/ML网络的核心诉求集中在高密度互连与低功耗运行两大维度。一方面，并行化训练要求GPU集群间实现海量数据的高速传输，机架内、机架间（行内）、园区级（机架到机架、行到行、舱到舱）的互连需求分别达到1k+和500k+级别；另一方面，随着GPU数量增加，功耗问题日益凸显，而针对XSR（50mm）、MR（500mm）和LR（1000mm）场景的高并行光纤互连，能够有效降低传输功耗，成为解决这一痛点的关键技术。目前，机架内和机架间的多芯光纤（MCF）解决方案已逐步获得广泛采用，其高密度特性完美匹配AI/ML网络的互连密度需求。

◆ AI/ML工厂的光骨干网架构：scale up与scale out双轮驱动

AI/ML工厂的光骨干网围绕scale up和scale out两大架构展开，形成全方位覆盖的光互连体系。在scale up架构中，机架内的GPU（从GPU1到GPU1000）通过网卡（NIC）与交换机连接，机架内及行内机架间可采用电或光互连，核心依赖1k+级别的高密度互连链路。

而在scale out架构中，通过多层交换机扩展，实现园区级的机架到机架、行到行、舱到舱互连，需要支撑500k+以上的光互连需求。这一架构中，大芯数光纤（MCF＞4芯）与成像光纤（Image Fiber）共同构成核心传输介质，其中4芯MCF已成为园区网络的重要选择，为大规模互连提供稳定支撑。

◆ 大芯数光纤的技术演进：从成像光纤到多芯光纤的跨越

大芯数光纤的发展历程可追溯至数十年前，藤仓（Fujikura）在该领域的技术积累尤为典型。早在1990年代，电信行业已对成像光纤产生兴趣，2000年前后，用于内窥镜的成像光纤实现商用，这类光纤以硅基玻璃为材料，拥有数千个微米级纤芯（部分产品芯数达10,000个以上），成为早期高芯数光纤的代表。2010年后，多芯光纤进入快速发展期，2012年四芯MCF进入商用化阶段，QI-FREE技术的推出解决了有限包层直径下最大化芯数的难题，通过单模多芯光纤与VCSEL阵列的结合，实现了高密度传输。2016年，19芯6模MCF的研发进一步拓展了多芯光纤的应用边界，而到2025年，高芯数光纤已形成成像光纤与多芯光纤并行发展的格局，适配不同场景需求。

◆ 核心解决方案：多芯光纤的技术细节与密度突破

① 4芯MCF的园区网应用与关键参数

在园区网布线中，4芯多芯光纤凭借高密特性成为选择，其核心参数严格遵循行业标准：芯半径为28.3±1μm，芯间距40±1μm，芯偏移≤1μm，包层直径125±1μm，包层非圆度＜1%，着色涂层直径200±20μm，涂层与包层同心度＜10μm。性能方面，除偏振模色散（PMD）外，符合ITU-T G.652.D或G.657.A1标准，1310nm波长下1km串扰≤-40dB，通过多芯到单芯的转换模块与原生收发器配合，实现稳定传输。

② 密度提升：超越传统MPO的性能飞跃

与传统MPO解决方案相比，多芯光纤在密度提升上实现质的突破。采用中心管（200μm）+MCF的线缆设计，直径仅9.3mm，相比传统 sub-unitized（250μm）线缆（18.4mm）和普通中心管（200μm）线缆（9.5mm）更具紧凑性。通过MPO面板与MCF的组合，可实现3倍密度提升；而MMC面板与MCF配合，密度提升可达4倍；4芯MCF与MPO结合时，密度较传统MPO提升4倍，若进一步拓展，甚至可实现12倍至16倍的密度飞跃，288芯参考线缆可扩展至1152芯，完美匹配AI/ML网络的高密度需求。

③ CPO与收发器的适配解决方案

针对共封装光学（CPO）和硅光子学（SiPh）应用，大芯数光纤配套推出了系列化解决方案。扇入扇出（FIFOs）组件通过刻蚀单芯光纤（SCFs）与SCF阵列块的组合，实现多芯与单芯的灵活转换；小型化FIFOs适配收发器需求，已成功应用于800G OSFP DR8收发器演示。此外，平面和间距转换器可实现硅波导从1D到2D的间距转换，通过光纤阵列与2D MCF、SiPh的协同，支撑高速并行传输，为CPO架构的落地提供关键支撑。

④ 成像光纤：短距离高密传输的特色选择

成像光纤主要面向1m至10m的短距离应用，传统用于可见光图像传输，在医疗内窥镜等领域有着成熟应用。其核心特征是纤芯数量庞大（部分产品达40,000个），纤芯直径仅3-4μm，成像圆直径范围从145μm到830μm，耐温性能优异，最高可承受300℃高温，涂层材质包括硅酮和聚酰亚胺。

在传输性能上，高分辨率成像光纤可分辨4.4μm间距的线条，通过6×6 VCSEL阵列与10,000芯成像光纤的配合，可实现36路1Gb/s信号的并行传输，传输密度高达47Tb/s/cm²。除了MCF，成像光纤作为另一类大芯数光纤，在1m至10m的短距离场景中具有独特优势。这类光纤以石英玻璃为基材，单根光纤内集成数千至数万根微米级纤芯（如产品FIGH-30-650S含30000芯，成像圆直径600μm），可通过可见光实现图像传输，传统应用集中在医疗内窥镜等领域。其温度耐受能力优异，部分产品（如FIGH-40-900PI）最高可承受300℃高温，硅酮或聚酰亚胺涂层进一步提升了环境适应性。

◆ 大规模并行光通信的核心挑战：平衡与制约

尽管大芯数光纤优势显著，但在大规模并行光通信中仍面临多重挑战，核心在于传输带宽、信号完整性与允许弯曲半径三者的平衡。当信号间距固定时，增加信号数量会导致光纤直径扩大，进而增大允许弯曲半径；而当光纤直径固定时，增加芯数需减小芯间距，这会加剧串扰，恶化信号完整性。

实验数据表明，当包层直径固定为230μm时，芯数增加会导致芯间距缩小，100km传输后的最坏串扰显著恶化；同时，包层直径越大，光纤弯曲时的断裂概率越高，如250μm包层直径光纤在弯曲半径较小时，十年内的累积断裂概率远高于125μm包层直径光纤。这些制约因素对大芯数光纤的结构设计提出了严苛要求。

◆ 技术对比：大芯数MCF与成像光纤的优劣辨析

大芯数MCF与成像光纤作为两种核心高芯数解决方案，各有侧重，适用于不同场景。高芯数MCF的核心优势在于耦合损耗和插入损耗低于成像光纤，且可借鉴4芯MCF的成熟技术与经验，包括连接器在内的产业链更为完善；但其短板在于需要实现大量LED与纤芯的精确对准，且光纤设计需适配特定LED布局，灵活性不足。

成像光纤则无需精确对准，单根光纤可支持多种LED布局，适配性更强；但劣势同样明显，其耦合损耗和插入损耗高于对准良好的MCF，在数据中心的应用尚不成熟，且在LED与探测器的连接（如透镜、反射镜、可分离连接器）方面仍存在诸多不确定性。两种技术的互补性为不同场景提供了差异化选择，推动高芯数光纤应用的全面覆盖。

◆ 总结：AI/ML网络的未来依赖高芯数光纤生态共建

AI/ML网络正朝着更高令牌处理量、更大集群规模的方向演进，功耗与密度成为核心制约因素，而光互连技术尤其是高芯数光纤，为解决这些挑战提供了有效路径。多芯光纤的技术进步实现了后端网络的密度倍增，大芯数MCF更是为scale up网络的光电子集成提供了高并行解决方案，成像光纤则在短距离高密传输场景中发挥独特价值。

然而，大芯数光纤的大规模应用仍需行业协同，需要在技术标准、产业链成熟度、应用场景拓展等方面深化合作，构建完善的生态体系。未来，随着技术的持续迭代与生态的不断完善，大芯数光纤将成为AI/ML网络规模化发展的核心支柱，为人工智能技术的持续突破提供坚实的通信保障。