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四芯多芯光纤规范正式发布:AI数据中心光互联迎来标准化关键一步

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ITBeer科技资讯 2026-09-20 17:09:00

摘要   随着AI算力集群规模持续扩大,数据中心内部以及数据中心园区之间的光互联正在面临新的密度与带宽挑战。传...

来源: 千家网

四芯多芯光纤规范正式发布:AI数据中心光互联迎来标准化关键一步

  随着AI算力集群规模持续扩大,数据中心内部以及数据中心园区之间的光互联正在面临新的密度与带宽挑战。传统单芯光纤通过提高单通道速率、增加并行光纤数量等方式持续演进,但当800G、1.6T乃至更高速率连接逐渐进入实际部署阶段,如何在有限的光缆截面和连接空间内进一步提升光互联容量与端口密度,正在成为综合布线和光通信产业共同关注的问题。

  9月17日,AFL、Corning(康宁)、Sumitomo Electric(住友电工)和TeraHop四家公司宣布完成 SDM4 Multicore Fiber Multi-Source Agreement(SDM4 MCF MSA),并正式公开发布《SDM4 Multicore Fiber MSA Technical Specifications Version 1.0》。

  这意味着,面向短距离光互联的四芯多芯光纤(Four-Core Multicore Fiber,SDM4 MCF)首次形成了由多家产业链企业共同认可的统一技术基础。对于仍处于产业化早期阶段的多芯光纤而言,这一步的重要性并不只是增加了一份技术规范,更在于其开始从“单一厂商技术方案”向“多厂商可互操作的产业技术体系”转变。

  从“一根光纤一条通道”走向“一根光纤多条独立通道”

  SDM4 MCF MSA Version 1.0定义的是一种四芯、2×2方形晶格排列的多芯光纤,主要面向O波段短距离光链路,包括数据中心、园区网络以及其他短距离互联应用。规范明确指出,该光纤既可以用于强度调制/直接检测(IM/DD),也适用于相干传输;相关收发器本身则不属于本MSA的规范范围。

  从结构上看,传统单模光纤是在125 μm左右的包层中设置一个光纤芯,而多芯光纤则是在同一个包层内部布置多个相互独立的光纤芯。SDM4采用四芯2×2排列,四个芯的名义中心坐标分别为(20 μm,20 μm)、(20 μm,-20 μm)、(-20 μm,20 μm)和(-20 μm,-20 μm),芯间距为40±1 μm,径向芯位置为28±1 μm。

  这一结构背后的核心逻辑,是空间分复用(Space Division Multiplexing,SDM)。

  如果把传统单芯光纤理解为“一根光纤提供一条独立光路”,那么四芯光纤相当于在相近的物理空间内提供四条相互独立的光路。在理论上,它能够在不同比例增加光纤数量和外径的情况下,提高单位光纤截面所承载的光通道数量。

  对于AI数据中心而言,这一点具有现实意义。

  AI训练和推理集群正在推动GPU之间以及计算节点、交换节点之间的高速互联需求不断增长。随着网络从400G向800G、1.6T甚至更高速率发展,传统通过增加并行单模光纤数量来提升总带宽的方式,将进一步增加光纤数量、连接器端口、配线空间和布线复杂度。

  多芯光纤提供的是另一条思路:不是简单增加“更多根光纤”,而是在单根光纤内部增加空间通道。

  因此,SDM4 MCF的产业价值首先体现在“密度”上,而不仅仅是“速率”。

  40±1 μm芯间距:多芯光纤开始建立统一的几何基础

  此次MSA值得综合布线行业重点关注的第一个变化,是对多芯光纤几何尺寸进行了明确规定。

  规范要求四芯采用2×2方形排列,芯间距为40±1 μm,芯位置误差不超过1 μm;包层直径为125.0±1.0 μm,着色光纤涂覆层直径为180~220 μm,光纤弯曲半径不小于2 m。

  这意味着,未来不同厂商生产的SDM4 MCF,在最基础的“光纤几何接口”层面需要遵循共同约束。

  对于单芯光纤而言,光纤芯位置本身并不是连接系统设计中的复杂变量;但对于多芯光纤而言,多个芯之间的相对位置、芯间距、旋转方向和位置误差,都直接关系到后续连接器、熔接、扇入扇出(FIFO)器件以及测试设备的设计。

  因此,40±1 μm并不是一个孤立的尺寸参数,而是整个多芯光纤生态实现互操作的重要基础。

  尤其值得注意的是,规范不仅规定了芯间距,还定义了**Core Position Error(芯位置误差)**的测量与计算方法,并允许通过坐标平移和旋转,对实际截面测量结果进行对齐后计算芯位置误差。

  这说明标准化工作已经从“多芯光纤应该长什么样”,进一步进入到“如何测量和判断它是否符合要求”的层面。

  对于未来测试实验室、光纤制造商以及综合布线厂商而言,这一点尤其重要。

  -40 dB串扰:多芯光纤能否真正用于高速互联的关键指标

  多芯光纤相比单芯光纤最大的技术挑战之一,就是芯间串扰(Crosstalk,XT)。

  四个光纤芯虽然物理上处于同一根光纤内部,但必须保持足够的光学隔离。如果一个芯中的光功率有较大比例耦合进入另一个芯,就可能影响不同通道之间的信号完整性。

  SDM4 MCF MSA明确要求:

  相邻芯之间串扰:1310 nm、1 km条件下≤ -40 dB;

  对角芯之间串扰:1310 nm、1 km条件下≤ -40 dB。

  这是此次规范中非常值得行业关注的核心参数。

  需要注意的是,-40 dB并不是简单意味着“实际数据中心链路只能做到1 km”。规范以1 km作为统一参考长度,并进一步给出了根据长度换算串扰的技术方法。对于纵向结构和弯曲条件相对均匀的MCF,邻近芯的串扰随长度呈相应关系,而对角芯则具有不同的长度依赖关系;规范指出,在很多实际场景中,可以利用这些关系估算不同光纤长度下的XT。

  这对于数据中心布线尤其重要,因为AI数据中心内部光纤链路通常远低于传统长途通信网络的距离。

  换言之,SDM4 MCF并不是按照长距离干线光纤的思路设计,而是针对数据中心和园区等短距离、高密度场景进行优化。

  从“光纤指标”到“连接系统”:FIFO、连接器和测试体系将发生变化

  对于综合布线行业而言,SDM4 MCF真正值得关注的地方,并不只在光纤本体。

  多芯光纤进入工程应用后,还必须解决一个更加现实的问题:如何把四个芯可靠地接入收发器、连接器和传统单模光纤系统?

  目前一个重要技术环节就是Fan-In/Fan-Out(FIFO,扇入/扇出)器件。

  规范明确提到,在对每一个芯进行测试时,可以使用FIFO,也可以采用与单模光纤连接并通过偏移熔接等方式实现对准。与此同时,规范特别提醒:如果使用FIFO进行测试,那么测得的串扰可能同时包含MCF本体和FIFO器件自身的串扰。尤其是在短距离MCF或对角芯串扰测量中,FIFO本身的影响可能不能忽略。

  这意味着,随着多芯光纤走向工程应用,传统单芯光纤测试方法不能简单“原样照搬”。

  未来的MCF测试体系必须同时考虑光纤本体、连接器、FIFO、熔接以及测试设备之间的耦合影响。

  这也是为什么此次MSA除了规定光学指标,还专门定义了串扰测试方法、CDL(Core-Dependent Loss,芯相关损耗)修正等内容。

  从综合布线产业链角度看,这意味着未来可能出现一批新的产品类别和技术机会,包括多芯光纤、MCF连接器、FIFO器件、多芯光纤熔接设备、MCF测试仪器以及相应的预端接组件。

  因此,SDM4 MCF的标准化可能带来的产业影响,将远远超过“新增一种光纤”。

  一个容易被忽略的变化:多芯光纤的“极性”逻辑正在被重新定义

  此次规范还有一个对综合布线工程非常值得关注的内容,就是芯编号和极性管理。

  传统并行光纤系统中,工程师往往需要关注两端光纤芯的对应关系以及极性设计。但SDM4 MCF规范的附录指出,对于裸MCF,安装过程中通常并不需要强制进行芯编号匹配。只要能够通过光纤芯阵列和方向标识进行旋转对准,就可以实现连接;光纤层面的极性管理并非必需。

  这一设计理念对于未来高密度连接具有潜在价值。

  规范允许采用反序(reversed-order)和成对交换(pairwise-swap)等芯编号方式,并指出芯编号可以根据具体传输方案、连接器配置和收发器配置确定。

  这意味着,多芯光纤的工程管理思路可能从传统的“必须确保每一芯编号严格对应”,逐渐转向“通过物理阵列和连接器键位保证旋转方向正确,再在组件层面完成端口映射。”

  对于未来预端接、模块化连接和高密度数据中心布线而言,这种思路可能有助于降低极性管理的复杂度。

  PMD指标也针对数据中心短距离链路进行了适配

  SDM4 MCF MSA并没有简单照搬传统单模光纤的长距离指标,而是结合短距离数据中心链路的实际特点,对偏振模色散(PMD)进行了专门说明。

  规范规定,单个光纤芯的PMD系数≤0.4 ps/√km。

  附录进一步解释了这一指标的来源:传统ITU-T G.652/G.657体系采用PMDQ等统计指标,而数据中心短距离布线经常只有一段连续光缆,因此IEEE相关分析对单段光缆进行了对应建模,得到约0.43 ps/√km的等效上限,SDM4 MCF最终将其取整为0.4 ps/√km。

  值得注意的是,对于500米以内的DR链路,规范指出其允许的PMD系数可以达到0.84 ps/√km,因此MCF的PMD要求在用户与供应商协商一致的情况下可以适当放宽。

  这体现出一个重要趋势:未来AI数据中心光纤规范将越来越强调“面向具体应用场景定义指标”,而不是单纯追求指标越高越好。

  对于短距离、高密度数据中心而言,合理的工程指标与系统成本之间需要找到新的平衡。

  这不是“新标准”,而是迈向标准化的重要过渡层

  从标准体系角度看,SDM4 MCF MSA需要准确理解。它首先是一个Multi-Source Agreement(MSA,多源协议),而不是IEC、ITU-T或IEEE发布的正式国际标准。

  规范明确说明,目前相关测量方法大量参考并适配IEC 60793系列单模光纤测量标准;同时指出,未来一旦形成针对MCF的专门标准,应由相应MCF标准优先采用。

  更值得关注的是,MSA成员明确表示,这份公开规范未来可以作为ITU-T、IEC开展多芯光纤标准化讨论的技术参考基础,同时也可以为IEEE等组织讨论光模块和接口标准提供技术参考。

  因此,从产业发展阶段来看,SDM4 MCF MSA 1.0更像是一座“桥梁”:企业技术方案 → 多厂商MSA → 行业规模应用 → 国际标准化。此次四家企业共同完成技术规范,实际上是在提前建立一个相对稳定的产业技术基线。这对于一个新型光纤技术能否真正进入数据中心供应链,意义非常重要。

  对综合布线行业而言,现在需要关注什么?

  从综合布线产业角度看,SDM4 MCF短期内并不会简单取代传统单模光纤。

  事实上,SDM4 MCF目前仍处于从技术验证、生态建设走向规模化应用的阶段。传统单模光纤已经拥有成熟的光缆、连接器、配线架、测试仪器、标准和工程体系,其产业基础短期内难以被改变。但这并不意味着综合布线企业可以忽略这一技术。

  随着AI数据中心向更高算力密度、更高端口密度、更高互联带宽发展,多芯光纤正在成为空间分复用技术的重要实现路径之一。

  尤其需要关注以下几个方向:

  第一,光缆形态可能进一步向高密度演进。如果多芯光纤得到规模应用,相同数量的空间通道可以在更少的光纤数量中实现,从而为主干光缆、机架间连接以及数据中心园区互联带来新的布线密度优化空间。

  第二,连接器和预端接技术可能成为关键环节。多芯光纤真正实现规模部署,需要解决高精度旋转对准、芯级连接、FIFO以及端口映射问题。因此,连接器和预端接组件很可能成为产业链竞争的重要组成部分。

  第三,测试认证体系需要重新适配。传统OTDR、插入损耗、回波损耗等测试思路仍然具有参考价值,但多芯光纤增加了串扰、芯间损耗差异、芯位置误差以及旋转对准等新的变量。未来工程验收需要形成更加完善的MCF测试体系。

  第四,综合布线标准需要持续跟踪。目前MSA的价值之一,就是为未来IEC、ITU-T以及IEEE相关标准化工作提供技术基础。因此,未来几年,MCF相关标准可能会成为光通信和综合布线领域值得持续关注的标准化方向。

  AI数据中心正在推动光互联从“速率竞争”进入“密度竞争”

  过去十多年,数据中心光互联技术发展的核心关键词之一是“速率”:10G、25G、100G、200G、400G、800G,再到未来更高速率。但进入AI数据中心时代,仅仅提高单通道速率已经无法完全解决问题。

  当GPU集群规模持续扩大,网络连接数量同步增长,机柜内部、机柜之间以及数据中心园区之间的光纤数量也快速增加。此时,单位空间能够承载多少条独立光通道,开始成为与单通道速率同等重要的指标。

  SDM4 MCF所代表的,正是这种变化。它并不是简单把“光纤速度提高了多少”,而是尝试回答另一个问题:在相同甚至更小的物理空间里,如何承载更多独立的高速光通道?

  从这个角度看,四芯多芯光纤MSA 1.0的正式发布,可能是AI数据中心光互联从“高速化”进一步走向高密度、空间复用化的重要信号。

  当然,从技术规范正式发布到形成大规模商业部署,中间仍然存在连接器、光模块、FIFO、测试设备、施工工艺、成本以及标准体系等多个环节需要进一步成熟。

  但可以确定的是,随着SDM4 MCF MSA建立起统一的四芯光纤技术基线,多芯光纤已经从少数企业探索的技术路线,开始进入多厂商协同、产业生态建设和标准化推进的新阶段。

  对于综合布线行业而言,未来需要关注的已经不仅仅是“光纤能跑多少Gb/s”,还包括一根光纤能够承载多少空间通道、一个连接器能够实现多少芯级连接、单位机架空间能够部署多少光连接,以及整个系统如何实现低损耗、高可靠和可测试的规模化部署。

  这或许正是AI数据中心时代,综合布线技术下一轮演进值得关注的方向。

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