人工智能数据中心的需求远超铜线所能提供的

训练新一代超大规模 AI 模型的速度，归根结底取决于两个词：纵向扩容（scaling up） 与横向扩展（scaling out）。

从数据中心的角度来说，横向扩展 指的是增加互联的 AI 计算节点数量，将庞大的训练任务拆分到多个节点并行处理。而纵向扩容 则是在单个计算节点内集成尽可能多的图形处理器（GPU），通过高速互联让这些 GPU 协同工作，就像一台性能超强的巨型 GPU，从而更快地处理更大规模的计算任务分片。

这两种扩展模式依赖两种截然不同的物理互联技术。横向扩展主要依靠光子芯片与光纤，这类技术能够实现数百甚至数千米距离的数据高速传输。纵向扩容需要的互联网络密度约为横向扩展的 10 倍，其技术方案则更简单、成本更低 —— 通常是长度不超过一两米的铜缆。

然而，随着高性能计算对 GPU 间数据传输速率的要求不断提升，铜缆技术正逐渐逼近物理极限。数据中心互联初创企业 Point2 Technology 的产品营销与业务拓展副总裁戴维・郭指出，当铜缆的带宽需求逼近太比特每秒（Tb/s）级别时，物理定律决定了铜缆必须做得更短、更粗。这对当前机架内部空间本就十分紧张的数据中心而言，无疑是一个巨大的难题。更棘手的是，全球领先的 AI 硬件厂商英伟达计划到 2027 年，将单系统最大 GPU 搭载量从 72 块提升至 576 块，增幅高达 8 倍。

“我们将这种技术瓶颈称为‘铜缆悬崖’。” 戴维・郭说道。

为了突破这一瓶颈，行业正积极探索解决方案：要么延长铜缆的有效传输距离，要么将纤细、长距的光纤部署到更靠近 GPU 的位置。但 Point2 与另一家初创企业 AttoTude 提出了一种全新的思路 —— 他们研发的技术介于铜缆与光纤之间，却又与这两种技术完全不同。两家公司声称，该技术兼具铜缆的低成本、高可靠性优势，以及光纤细径、长距的传输特性，能够轻松满足未来 AI 系统的互联需求。

他们给出的答案是什么？无线电技术。

今年下半年，Point2 将开始量产一款支持 1.6 太比特每秒传输速率的线缆芯片。这款线缆内置 8 根纤细的聚合物波导，每根波导可通过 90 吉赫兹（GHz）和 225 吉赫兹两种频段，实现 448 吉比特每秒的传输速率。波导两端均配备插拔式模块，负责将电信号转换为调制无线电波，或进行反向转换。AttoTude 也在研发类似技术，区别在于其系统工作在太赫兹频段，且采用了另一种纤细柔韧的线缆。

两家公司均表示，其技术在传输距离上远超铜缆 —— 可在 10 至 20 米的距离内实现低损耗传输，这个长度足以满足英伟达公布的纵向扩容计划。以 Point2 的方案为例，该系统的功耗仅为光纤方案的 1/3，成本同样只有 1/3，而延迟更是低至光纤方案的千分之一。

该技术的支持者认为，与光通信技术相比，无线电技术可靠性更高、更易于量产，因此在实现处理器间低功耗互联并直连 GPU 的赛道上，无线电技术有望战胜光子技术，甚至连印制电路板上的部分铜缆都可能被取代。

铜缆技术到底面临什么困境？

其实，铜缆本身并无缺陷 —— 只要数据传输速率不高、传输距离不远，铜缆的表现堪称完美。但在高速传输场景下，铜这类导体就会受到趋肤效应的制约。

1.6 TB每秒的电子管电缆面积只有32号铜缆的一半，覆盖范围可达20倍。

趋肤效应的原理是：信号的交变电流会产生交变磁场，而这个磁场会对电流形成反向作用力。这种反向作用力主要集中在导线中心区域，导致大部分电流只能沿着导线的表层（即 “趋肤层”）流动，从而增大了导线的电阻。在 50 赫兹的市电频率下，电流主要集中在铜导线表层 8 毫米的范围内；但当频率提升至 10 吉赫兹时，趋肤层的厚度仅为 0.65 微米。因此，要让高频信号通过铜缆传输，就必须使用更粗的导线，同时消耗更多电能。这两点要求，都与纵向扩容所需的 “在更小空间内集成更多互联链路” 的目标背道而驰。

为了抵消趋肤效应及其他信号衰减问题，企业研发出了两端集成专用电子器件的铜缆产品。其中最具前景的是有源电缆（AEC），其端接芯片被称为 “重定时器（retimer）”。这种集成电路能够对来自处理器的数据信号和时钟信号进行整形与净化，随后通过铜缆内通常包含的 8 对差分信号线（或称 “通道”）进行传输（反向传输则需要另一组差分信号线）。在铜缆的另一端，同款芯片会处理信号在传输过程中积累的噪声与时序偏差，再将数据发送至接收端处理器。通过增加电子器件的复杂度与功耗，有源电缆成功延长了铜缆的有效传输距离。

为数据中心提供网络硬件的 Credo 公司高级副总裁兼产品负责人唐・巴尼特森表示，该公司已研发出一款有源电缆，可在 7 米距离内实现 800 吉比特每秒的传输速率 —— 随着单台计算机的 GPU 搭载量提升至 500 至 600 块，且跨越多机架部署，7 米的传输距离将成为刚需。有源电缆的首批应用场景，很可能是将单个 GPU 与构建横向扩展网络的交换机相连。巴尼特森强调，这一横向扩展网络的 “首段链路” 至关重要，因为 “它是整个网络中唯一的非冗余链路”。一旦这条链路中断，哪怕只是瞬间，整个 AI 训练任务都可能崩溃。

但即便重定时器技术能将 “铜缆悬崖” 的到来推迟一段时间，物理定律的限制终究无法突破。Point2 与 AttoTude 都认为，这一技术瓶颈已近在眼前。

太赫兹无线电技术的应用前景

AttoTude 的诞生，源于创始人兼首席执行官戴夫・韦尔奇对光子技术的深入研究。韦尔奇是光通信设备厂商 Infinera 的联合创始人，该公司于 2025 年被诺基亚收购。韦尔奇深耕光子系统数十年，对这项技术的短板了如指掌：光子技术功耗过高（据英伟达数据，其功耗约占数据中心计算总功耗的 10%）、对温度极其敏感、光子芯片的光信号输入输出接口需要微米级精度的制造工艺，且长期可靠性问题饱受诟病（行业内甚至有一个专门的术语描述这一问题 ——“链路抖动”）。

“客户青睐光纤的性能，但对光子器件却避之不及。” 韦尔奇说，“事实证明，电子器件的固有可靠性远超光子器件。”

在诺基亚以 23 亿美元收购 Infinera 后，韦尔奇开始构思自己的下一个创业项目，并提出了一系列根本性问题，其中第一个就是：“如果不必局限于光通信波长，我们应该选择哪个频段？” 答案是太赫兹频段—— 这是纯电子技术能够实现的最高频率区间，频率范围为 300 吉赫兹至 3000 吉赫兹。

于是，韦尔奇带领团队着手研发一套全新系统，该系统包含三个核心部分：负责与 GPU 对接的数字接口模块、太赫兹信号发生器，以及将数据编码到太赫兹信号上的混频器。随后，天线会将调制后的太赫兹信号导入一根纤细柔韧的波导中。

这款波导的核心是用于传输太赫兹信号的电介质材料，外部包裹着包层结构。其初代产品就是一根细长的空心铜管。韦尔奇表示，第二代线缆采用了直径仅 200 微米左右的光纤结构，信号损耗可低至 0.3 分贝 / 米 —— 这一损耗值仅为传输速率 224 吉比特每秒的常规铜缆的一小部分。

韦尔奇预测，这款波导的有效传输距离可达 20 米。他说：“这个距离恰好非常适合数据中心的纵向扩容需求。”

目前，AttoTude 已成功研发出该系统的各个独立组件，包括数字数据处理芯片、太赫兹信号发生器、混频电路，以及两代波导产品。但该公司尚未将这些组件集成到一个可插拔的标准化模块中。尽管如此，韦尔奇称这套系统的带宽至少可支持 224 吉比特每秒的传输速率。今年 4 月，该公司在旧金山举办的光纤通信大会（OFC）上，成功演示了在 970 吉赫兹频段下 4 米距离的传输能力。

无线电技术在数据中心的落地潜力

相较于 AttoTude，Point2 更早开始探索无线电技术在数据中心的应用。这家由美满电子、英伟达和三星的资深人士于 9 年前创立的初创企业，已获得 5500 万美元的风险投资，其中最主要的投资方是计算机线缆与连接器制造商莫仕（Molex）。戴维・郭表示，莫仕的支持 “至关重要，因为他们是线缆与连接器生态系统的核心厂商”。莫仕已证实，无需改造现有生产线即可量产 Point2 的线缆产品。目前，另一家线缆连接器巨头富士康工业互联网也已与 Point2 达成合作。这些行业巨头的背书，对以超大规模数据中心运营商为目标客户的 Point2 而言，无疑是一大卖点。

英伟达的GB200 NVL72机架级计算机依赖多根铜线连接其72颗处理器。

Point2 的这款线缆名为 “e-Tube”，其两端各集成了一颗硅芯片与一个天线。硅芯片负责将输入的数字信号转换为调制毫米波信号，天线则将信号辐射至波导内。波导的核心是塑料材质，外部包裹金属包层，最外层则是金属屏蔽层。这款名为 “有源无线电线缆（ARC）” 的产品，单根线缆传输速率可达 1.6 太比特每秒，内部包含 8 根 e-Tube 波导核心。该线缆直径仅 8.1 毫米，体积仅为同规格有源电缆的一半。

戴维・郭指出，工作在射频频段的一大优势在于，相关芯片可采用标准硅晶圆制造工艺生产。今年，Point2 工程师与韩国科学技术院的合作成果发表于《IEEE 固态电路杂志》，该研究采用的 28 纳米互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，早在 2010 年就已算不上前沿技术。

纵向扩容网络市场的未来竞争

尽管这两家初创企业的技术前景看似十分光明，但它们仍需打破数据中心行业长期依赖铜缆的惯性。Credo 公司的巴尼特森说：“我们会优先采用无源铜缆方案，只要无源铜缆能满足需求，就会一直用下去。”

他表示，数据中心计算设备液冷技术的兴起，正是这一趋势的有力证明。“企业之所以转向液冷技术，核心目的就是为了继续依靠无源铜缆实现纵向扩容。” 巴尼特森解释道。要通过无源铜缆连接更多 GPU 以实现纵向扩容，就必须提高 GPU 的部署密度，而这种密度已经超出了风冷技术的散热极限。戴维・郭则提出，若采用毫米波有源无线电线缆连接分布更松散的 GPU 集群，同样可以实现纵向扩容，同时还能降低对散热系统的需求。

与此同时，这两家初创企业还在研发可直接与 GPU 对接的技术版本。

英伟达与博通近期推出了一种新型光收发器，可与处理器集成在同一封装内，使得电子器件与光子器件之间的距离从厘米或米级缩短至微米级。目前，这项技术仅应用于构建横向扩展网络的交换机芯片，但无论是行业巨头还是初创企业，都在努力将其应用范围拓展至 GPU。

韦尔奇与戴维・郭均表示，与光通信技术相比，他们公司的技术在这种 “收发器 - 处理器共封装” 场景下具有显著优势。英伟达与博通各自投入了大量工程资源，才解决了共封装系统的量产难题，并确保其可靠性足以匹配昂贵的处理器芯片。其中一大技术难点，是如何将光纤与光子芯片上的波导进行微米级精度对准。由于红外激光的波长极短，必须与直径仅约 10 微米的光纤核心精准对齐。相比之下，毫米波与太赫兹信号的波长要长得多，因此波导的对接无需如此严苛的精度。戴维・郭透露，在一次演示中，工作人员甚至通过手工操作就完成了波导对接。

目前来看，可插拔互联模块将是这项技术的首个应用场景，但韦尔奇强调，与处理器共封装的无线电收发器，才是最终的战略目标。