北京理工大学李良川教授团队在《激光与光电子学进展》期刊发表了题为“面向AI超节点的短距相干光互连系统和关键技术”的特邀封面论文，提出基于单模光纤和多芯光纤的同源零差相干系统架构，给出共封装光学模式下实现102.4T相干光互连的系统方案，为AI超节点短距光互连技术的未来演进提供借鉴和参考。

1 研究背景

因单个算力芯片无法满足AI大模型对庞大算力的需求，基于高速光互连将多个算力芯片连接成为AI超节点，成为算力平台持续演进的关键路径。而随着算力空间密度快速提升，单机架光纤芯数从数百芯增长至数千芯，基于单芯光纤的传统并行布线体系在管道空间、光端口密度、运维可靠性等方面逐渐面临工程极限。面向更高速率AI超节点光互连，基于空分复用的多芯光纤是缓解高密度布线压力、提升系统可靠性的高价值技术路径。

当前2 km及以下的光互连以强度调制直接检测四电平方案(IMDD-PAM4)为主，10 km及以上的国际标准组织光互连论坛(OIF)已经定义了相干技术标准。当单通道速率向800 G及以上演进时，IMDD受到器件带宽、接收灵敏度等因素制约，相干技术能否在2 km乃至百米量级的光互连主流场景替代IMDD成为业界重点关注的问题。因此针对短距光互连应用场景的简化相干技术近年来成为研究热点，其中同源零差相干技术通过将同一光源同时用于信号调制和远端本振接收，在光域消除了激光频偏和线宽的影响，可使用无温控、无波锁的低成本分布式反馈(DFB)激光器和简化数字信号处理(DSP)算法来降低系统成本与功耗，是一种具有竞争力的解决方案。

基于以上背景，北京理工大学李良川教授团队探索了同源零差相干方案的关键技术、及其与新型多芯光纤结合的相干光互连系统架构，同时结合共封装光学（CPO）的芯片形态，基于新型多芯光纤和零差相干技术设计了102.4 T的大容量光互连系统方案。

2 成果简介

2.1 同源零差相干BiDi系统

针对短距光互连场景占比大于90%的2 km及以下应用，研究团队提出了基于同源零差相干的技术架构，单独使用一根光纤传输本振光至接收端实现零差相干，在光域消除激光频偏和相噪的影响，可使用无温控、无波锁的低成本DFB激光器和简化DSP算法来降低系统的成本和功耗。为了不增加光纤数量，使用单纤双向（BiDi）实现双向光互连，命名为相干BiDi。基于该方案，研究团队完成了单波800 G和双波1.6 T的实时光互连系统验证。

图1 相干BiDi实现光互连系统方案。（a）单波800 G光互连系统；（b）双波长1.6 T光互连系统

2.2 多芯光纤零差相干系统

考虑到相干BiDi架构需要对本振光进行偏振态跟踪与控制，研究团队进一步提出基于新型多芯光纤(1芯保偏传输本振光、8芯单模传输信号光)的同源零差相干系统，规避了偏振跟踪问题，简化了系统设计，同时大幅提升了传输容量，完成6.4 T(8×800 G)实时光传输系统验证。

图2 6.4 T零差相干系统及多芯光纤空间分布

2.3 CPO模式下102.4T相干光互连系统

CPO是一种新型封装形态，将大容量电交换芯片与多路集成的光电器件共同封装在极小的空间内；通过缩短交换芯片到光引擎的电连接距离，降低高速电接口的功耗。研究表明，数据中心光模块90%以上的故障来自激光器，因此CPO模式需要考虑将光源外置以降低系统风险。研究团队基于新型多芯光纤、零差相干与外置多波长光源，设计了在CPO模式下102.4 T大容量光互连系统方案。

图3 6.4 T CPO模式下102.4 T相干光互连结构

3 总结与展望

随着AI算力需求呈指数级增长，短距光互连需要在更高速率下同时兼顾成本、能效、光端口密度和系统可靠性。依赖多路并行光纤链路进行容量扩展的技术路线给光纤数量、光接口密度、布线复杂度等方面带来的挑战难以解决。基于空分复用的多芯光纤将多个纤芯集成进同一包层内，相较于并行方案可极大地节省空间，降低光端口密度，提升系统可靠性，具有较好的产业应用前景。

同源零差相干技术在保留相干接收高灵敏度、高频谱效率和高速率扩展能力的同时，规避了传统长途相干技术的高功耗与高成本问题，同时相比于IMDD方案在高速率演进、链路预算和系统扩展性方面具有潜在优势。

基于上述思路，研究团队提出了基于新型多芯光纤与同源零差相干技术的短距相干光互连系统方案。面向未来的CPO演进，基于新型多芯光纤、零差相干技术与外置多波长光源设计了102.4 T大容量光互连总体方案，期望为AI超节点的短距光互连向更高容量、更低成本功耗和更高系统可靠性的演进提供支撑。

全文链接：高瑾浩, 朱琳雪, 李良川, 周骥, 忻向军. 面向AI超节点的短距相干光互连系统和关键技术（特邀）[J]. 激光与光电子学进展, 2026, 63(13): 1341007. 

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