在配备AI加速器的现代数据中心中，用于光学连接的收发器模块可能迅速发展为能耗大户，消耗数MW功率。NVIDIA希望通过其Spectrum-X和Quantum-X系列的新硅光子交换机来解决这一问题。
硅光子学：其背后的原理
简而言之，硅光子学意味着在交换机中，除了交换机ASIC（专用集成电路）外，同一基板上还集成了一颗硅光子引擎，其功能包括调制外部激光源的光信号。在NVIDIA的设计中，交换机ASIC与硅光子引擎共同构成了光子封装（Photonics Package），因此该技术也被称为“共封装光学”（Co-packaged Optics, CPO）。
硅光子学技术的优势在于，无需再依赖数十个复杂的外部光学收发器。传统方案中，电信号需经数字信号处理器（DSP）处理后，通过外部调制并借助激光转换为光信号。而收发器的主要缺点恰恰是其极高的能耗——单个模块功耗约30W，其中20W由DSP消耗，10W用于激光器。
NVIDIA的共封装硅光子学技术只需为同一连接提供9W功耗，其中7W由硅光子引擎消耗，2W用于提供连续激光输出的外部激光源（ELS）。这是因为所有信号处理步骤均通过节能的光子封装完成，而非依赖高能耗的收发器。传统方案中，电信号需从激光器传输至数字信号处理器（DSP），再经收发器的插槽支架、交换机的电路板、ASIC基板接口，最终抵达交换机ASIC——这一复杂路径被大幅简化。在共封装光学方案中，信号仅需从交换机ASIC通过基板直达硅光子引擎。NVIDIA指出，这种设计使信号损耗降至仅4dB，而传统方案则高达22dB。
核心优势
● 能耗降低：
相同连接数量下激光器数量减少四倍，能效较传统交换机提升3.5倍。
● 信号完整性提升：
通过缩短信号路径，信号损耗减少82%（从22dB降至4dB），整体性能提升63倍。
将MW级电力投资于更多
GPU
NVIDIA认为，硅光子学技术对于未来庞大的“AI工厂”级数据中心而言，几乎是实现进一步扩展规模的必要条件。NVIDIA指出，若继续使用传统收发器，随着机架数量及互联规模的增加，功耗可能迅速攀升至数MW级别。
以拥有10万台GPU的超大规模数据中心为例：若采用当前一代交换机，仅收发器部分就将消耗40MW电力；而若改用硅光子学技术，网络组件的功耗可降低至12MW。
NVIDIA CEO黄仁勋在主题演讲中半开玩笑地表示
：
“省下的这些MW电力，当然可以用来为数据中心添置更多GPU。”
关键数据对比
32MW（节省80%），可直接转化为GPU算力投资
这一技术革新不仅大幅降低能耗，更重新定义了超大规模AI基础设施的能源分配逻辑。
三款硅光子交换机
亮相GTC
NVIDIA在GTC大会上宣布推出三款基于硅光子学的交换机：
（Quantum-X系列，支持InfiniBand）
和
SN6800
（Spectrum-X系列，支持Ethernet）
性能参数
· 提供
144个800 Gbit/s端口
或
576个200 Gbit/s端口
·
整体带宽分别达到
102.4 Tbit/s
和
409.6 Tbit/s
技术亮点
通过硅光子学技术，NVIDIA进一步提升了超大规模数据中心的互联能力，兼顾高带宽、低延迟与能效优化，为AI训练和高性能计算场景提供更强支撑。
NVIDIA的Quantum-X硅光子InfiniBand产品计划于
2025年下半年
推出，而Spectrum-X硅光子以太网系列则预计在
2026年下半年
面世。此外，NVIDIA还计划将开发过程中获得的专利技术授权给第三方企业。
