AI技術(shù)，正在通過「光」加速傳遞？

AI技術(shù)正在引領(lǐng)社會思潮，創(chuàng)新正以迅雷不及掩耳之勢發(fā)展。然而，要確保AI創(chuàng)新的持續(xù)加速，企業(yè)亟需構(gòu)建一個強大的計算基礎(chǔ)設(shè)施，以承載其計算密集型的AI工作負(fù)載。這正是我們所說的“為AI量身定制的基礎(chǔ)設(shè)施”，而這也是微軟向全球客戶做出的承諾。這份承諾，遠(yuǎn)非簡單地將合作伙伴研發(fā)的硬件堆砌于數(shù)據(jù)中芯之內(nèi)，我們還攜手業(yè)界伙伴，甚至在某些領(lǐng)域獨辟蹊徑，共同研發(fā)那些能夠推動科學(xué)突破、賦能AI解決方案的最新、最強大的技術(shù)。

在去年11月的Ignite大會上，備受矚目的技術(shù)之一便是空芯光纖（HCF）。這是一種創(chuàng)新的光纖技術(shù)，旨在優(yōu)化Microsoft Azure的全球云基礎(chǔ)設(shè)施，提供卓越的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、更低的延遲以及安全的數(shù)據(jù)傳輸。

01

以空氣為媒，重塑光傳輸

空芯光纖（HCF）技術(shù)旨在應(yīng)對AI等高強度工作負(fù)載的嚴(yán)苛需求，并改善全球范圍內(nèi)的延遲和連接性。它摒棄了傳統(tǒng)光纖的固態(tài)玻璃芯設(shè)計，轉(zhuǎn)而采用空氣作為光的傳播介質(zhì)。其獨特的嵌套管結(jié)構(gòu)，有效遏制了光線的逸散，確保了光線在空氣芯中沿著最直接的路徑高速穿梭。

光在空氣中的傳播速度比玻璃中快，因此空芯光纖（HCF）比標(biāo)準(zhǔn)石英玻璃光纖快47%，從而提供了更高的整體速度和更低的延遲。此外，每根HCF光纖還具有更高的帶寬。但速度、延遲和帶寬之間有何區(qū)別呢？速度是指數(shù)據(jù)在光纖介質(zhì)中傳播的速度，而網(wǎng)絡(luò)延遲則是指數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中兩個端點之間傳輸所需的時間。延遲越低，響應(yīng)時間越快。另外，帶寬是指在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)量。想象一下，有兩輛車同時從A點出發(fā)前往B點。第一輛車是轎車（代表單模光纖SMF），第二輛車是面包車（HCF）。兩輛車都載著乘客（即數(shù)據(jù)），轎車可以載4名乘客，而面包車可以載16名。兩輛車可以達(dá)到不同的速度，面包車比轎車行駛得更快。這意味著面包車到達(dá)B點所需的時間更短，因此會先到達(dá)目的地，體現(xiàn)了更低的延遲。

半個多世紀(jì)以來，業(yè)界一直致力于在石英光纖技術(shù)領(lǐng)域取得穩(wěn)定但微小的進展。盡管有所進步，但由于石英損耗的限制，這些進展相對有限。2024年初，HCF技術(shù)達(dá)到了一個重要里程碑，在1550納米波長下實現(xiàn)了光纖損耗（衰減）的歷史性新低，甚至超越了純石英芯單模光纖（SMF）的極限【1】?？招竟饫w（HCF）不僅具備低衰減的卓越性能，更在發(fā)射功率處理、頻譜帶寬、信號完整性和數(shù)據(jù)安全性等方面展現(xiàn)出全面超越SMF。

02

“速度為王”的極致追求

想象一下，你正沉浸在一款在線視頻游戲的世界中。這款游戲要求你迅速反應(yīng)，瞬間做出決策。如果你擁有高速低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接，你的游戲操作將迅速傳達(dá)至游戲服務(wù)器及你的隊友，讓你能夠?qū)崟r反應(yīng)，享受流暢無阻的游戲體驗。反之，若你的網(wǎng)絡(luò)連接緩慢且延遲高，你的操作與游戲?qū)嶋H進展之間就會出現(xiàn)滯后，讓你難以跟上快節(jié)奏的游戲步伐。無論是錯過關(guān)鍵操作時機，還是落后于他人，這種卡頓現(xiàn)象都極為惱人，嚴(yán)重破壞游戲體驗。同樣地，在AI模型中，低延遲與高速連接有助于模型更快地處理數(shù)據(jù)并做出決策，從而提升其性能。

03

為AI工作負(fù)載降低延遲

那么，空芯光纖（HCF）技術(shù)如何助力AI基礎(chǔ)設(shè)施的性能提升呢？AI工作負(fù)載是指利用機器學(xué)習(xí)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理大量數(shù)據(jù)的任務(wù)，涵蓋了圖像識別、自然語言處理、計算機視覺、語音合成等多個領(lǐng)域。這些任務(wù)往往涉及多步驟的數(shù)據(jù)處理流程，如數(shù)據(jù)的引入、預(yù)處理、訓(xùn)練、推理和評估。每一步都可能涉及從云服務(wù)器、邊緣設(shè)備或分布式系統(tǒng)中的其他節(jié)點發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)連接的速度和質(zhì)量直接影響數(shù)據(jù)傳輸和處理的準(zhǔn)確性和速度。若網(wǎng)絡(luò)緩慢或不穩(wěn)定，將導(dǎo)致AI工作流程中的延遲、錯誤或失敗，進而影響性能，浪費資源，甚至導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。面對日益復(fù)雜的AI工作負(fù)載，這些模型對處理能力和網(wǎng)絡(luò)速度的需求急劇增加，尤其是那些涉及數(shù)十億參數(shù)的任務(wù)。在此背景下，低延遲與高速網(wǎng)絡(luò)成為了關(guān)鍵要素，它們不僅能夠顯著縮短模型訓(xùn)練與推理的時間，還能提升整體性能和準(zhǔn)確性，從而激發(fā)AI技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。

04

賦能全球AI工作負(fù)載

對于自動駕駛、視頻流、在線游戲及智能設(shè)備等需要實時或近實時響應(yīng)的AI應(yīng)用場景而言，網(wǎng)絡(luò)的快速響應(yīng)和低延遲至關(guān)重要。這些應(yīng)用需要在極短時間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)并作出決策，因此，任何網(wǎng)絡(luò)延遲或中斷都可能導(dǎo)致性能下降或用戶體驗受損。低延遲和高速網(wǎng)絡(luò)連接確保了數(shù)據(jù)能夠迅速、準(zhǔn)確地傳輸至AI模型，使其能夠即時處理并返回結(jié)果。以自動駕駛轎車為例，它展示了AI技術(shù)在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用，依賴于AI模型在不可預(yù)測的環(huán)境中迅速識別物體、預(yù)測運動并規(guī)劃路線。低延遲和高速連接促進了數(shù)據(jù)的快速處理和傳輸，實現(xiàn)了近乎實時的決策制定，從而提高了安全性和性能。空芯光纖（HCF）技術(shù)能夠加速AI性能，為AI模型和應(yīng)用提供更快速、更可靠、更安全的網(wǎng)絡(luò)連接。

05

數(shù)據(jù)中芯區(qū)域布局的戰(zhàn)略考量

除了直接影響運行AI模型的硬件外，還有更廣泛的含義需要考慮。數(shù)據(jù)中心區(qū)域的建設(shè)成本高昂，而區(qū)域之間的距離以及區(qū)域與客戶之間的距離，對客戶和Azure在決定數(shù)據(jù)中心建設(shè)位置時都至關(guān)重要。當(dāng)某個區(qū)域距離客戶過遠(yuǎn)時，會導(dǎo)致更高的延遲，因為模型需要等待數(shù)據(jù)往返于更遠(yuǎn)的中心。

當(dāng)我們將轎車與面包車的概念類比到網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，并思考其如何與網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)聯(lián)時，可以發(fā)現(xiàn)通過結(jié)合更高的帶寬和加速的傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的兩點之間能夠在更短的時間內(nèi)完成更多數(shù)據(jù)的交換，效率提升至原先的三分之二。另一方面，空芯光纖（HCF）技術(shù)的引入，能夠在不犧牲任何網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離延長至多1.5倍，從而實現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸范圍。這意味著，與傳統(tǒng)的單模光纖（SMF）相比，HCF在保持相同低延遲水平的同時，不僅實現(xiàn)了更遠(yuǎn)的傳輸距離，還能承載更龐大的數(shù)據(jù)量。這一突破對Azure客戶而言具有深遠(yuǎn)的意義，因為它從根本上解決了數(shù)據(jù)中芯位置選擇的局限性。客戶不再需要過分追求數(shù)據(jù)中心的鄰近性來確保性能，因為空芯光纖（HCF）技術(shù)已經(jīng)通過技術(shù)手段消除了這一障礙，使得在降低延遲、保持高性能的同時，數(shù)據(jù)中心的位置選擇變得更加靈活和自由。

06

AI時代的基礎(chǔ)設(shè)施革新

空芯光纖（HCF）技術(shù)的誕生，旨在優(yōu)化Azure的全球連接能力，以滿足AI技術(shù)及未來工作負(fù)載的嚴(yán)苛需求。該技術(shù)為終端用戶帶來了前所未有的優(yōu)勢，包括更高的帶寬、更優(yōu)的信號完整性以及增強的安全性等待。在AI基礎(chǔ)設(shè)施的框架下，空芯光纖（HCF）技術(shù)能夠構(gòu)建起快速、可靠且安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而為智能工作負(fù)載的性能提升奠定堅實基礎(chǔ)。

隨著AI技術(shù)的不斷進步，基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)作為數(shù)字時代的關(guān)鍵拼圖之一，其重要性日益凸顯。它確保了高效且安全的連接，為數(shù)字世界的順暢運行保駕護航。然而，AI技術(shù)的快速發(fā)展也對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高要求，迫使其承受更大的壓力。

參考文獻

【1】空芯DNANF光纖，損耗低于0.11dB/km,

https://opg.optica.org/abstract.cfm?uri=OFC-2024-Th4A.8