在当今的互联网世界中，人们每60秒发送大约1.68亿封电子邮件、1100万条短信、98,000条推文和695,000条Facebook更新。除了人类创建的数据，还有机器对机器的通信活动，2017年物联网应用将产生3.9艾字节(EB)的数据。数据爆炸由于所有这些互联网活动，每分钟都会产生超过1,820TB的新数据，这些数据在全球数据中心之间进行存储、处理和共享。没有数据中心，就根本没有云计算。在过去的10年里，互联网的规模增长了100倍。为了适应这种快速增长，人们不得不提高数据中心的计算能力，将计算能力提高1000倍。未来10年，需要增加同样数量的容量才能满足未来互联网的需求。现在，没有人真正知道互联网的未来会是什么样子。今天，运营商正在考虑如何实现“大规模”和“大规模数据中心”，以提供人们需要的计算、存储和传输能力。更大的数据中心将越来越多地使用软件定义的基础设施，并利用开放式架构的软件和硬件。但业界对当今数据中心架构提供人们所需功能的可行性存在严重担忧。AmazonWebServices副总裁兼杰出工程师JamesHamilton表示，未来的数据中心面临“红色警报”。网络：安全风暴实际上可以将数据中心简化为两个组成部分：一个是服务器（计算功能），执行数据处理和存储功能；另一个是网络，在一个大型数据中心，用来连接大量的数据中心。服务器（通常超过100,000个）。今天，摩尔定律仍然有效。在微处理器制造商的芯片中，晶体管的数量每两年翻一番。而其芯片成本降低的好处将传导至服务器，在成本更低的情况下可以获得更高性能的机器和更多的存储容量，这将有助于推动云计算的增长。不幸的是，摩尔定律在计算能力方面的优势并未完全适用于数据中心的网络部分。例如，数据吞吐量是网络的一项重要指标，由晶体管的速度决定。而在芯片上增加越来越多的物理引脚，采用新的光纤传输技术，在这两方面，摩尔定律也无能为力。虽然芯片越来越便宜，但网络成本却在上升，从而加剧了服务器的增长。因此，数据中心运营商现在更加关注网络组件技术。这个问题很大一部分源于基本网络单元基数小：电气CMOS开关芯片。一个大型数据中心有超过100,000台服务器，必须允许每台服务器有通信连接。这需要一个庞大的网络，而这个网络是通过一系列的CMOS开关芯片连接起来的，但仅限于每24或32个互连。连接到端口。由于这些CMOS交换芯片端口数量的限制，数据中心内海量的网络交换节点和互连服务就像一张不可思议的蜘蛛网，只是作为网络交换节点之间连接的中介。这些网络的交换节点和它们之间的链路依赖于更小尺寸的CMOS交换芯片。基本交换元件的基数对给定规模的数据中心所需的交换节点总数有直接影响。基地的规模决定了单个交换机和数据中心的整体建设（成本和电力要求），这限制了基地可扩展性的成本和复杂性。现在连接大量的服务器需要一个庞大的网络结构。而且，更糟糕的是，所需的中间交换节点和互连的数量增长了服务器数量的数倍。不断上升的数据中心成本和功耗限制已经很好地证明了限制因素的严重性。限制因素是数据中心的基本可扩展性，但只有在质疑当今网络能力的情况下，才有可能构建面向未来的数据中心网络。重塑数据中心网络为了适应未来的数据中心，我们需要大大简化网络。幸运的是，该行业已转向更简单、更高效的网络架构。一个例子是从传统的具有带宽瓶颈和单点故障的单根树形拓扑结构，基于Clos拓扑结构来提高网络容量并提供冗余的网络多路径。软件定义的网络允许架构师分离应用程序、控制和物理传输层，并将它们从专有硬件中开放给软件。这种方法发生在服务器集群上，允许控制台处理，并将数据包定向到它们的目的地，从而简化交换机设计。这些都很重要，但有两个例子是从根本上逐步改进的。为了实现真正的可扩展性，我们需要在网络的关键区域部署创新和突破性技术。简化交换我们需要三个基本功能来创建数据中心网络：数据包处理、交换和传输。如今，数据包处理和交换功能通常使用传统的CMOS技术来实现，而网络传输功能正在转向具有高带宽能力的光学（光子）技术。正如我们所见，大型数据中心网络目前依赖于相对较小的基础交换机，其吞吐量和经济可扩展性受到交换技术的严重限制。但是通过改变网络结构和简化交换机的工作，就有了将光技术引入网络系统领域的独特机会。这种电子学和光子学的“智能集成”将使每种技术都能发挥自己的优势：CMOS的密度允许进行复杂的处理，而光子学则提高了传输速度和容量。通过大幅增加端口密度和放宽对交换机的尺寸限制，可以扩展数据中心容量、简化网络并提高吞吐量。通过电子和光子技术的结合，光域将进行分组交换，以支持可扩展的交换功能，这在电子领域是不可能的。例如，高速数据信号可以通过单模光纤以比通过铜线低得多的功率和成本传输。此功能为网络设计人员提供了更多选择，可以在数据中心部署更大的光开关。此外，可以很容易地使用波分复用技术在同一根光纤上处理多个信号，从而降低电缆的复杂性和成本。基数更大的开关通过将高级光开关的功能与CMOS的数据包处理能力相结合，可以实现基数更大的基本开关组件。采用模块化方式简化了多级交换机的设计，让数据中心实现更方便、更快速的连接。这种集成光开关解决方案将受益于CMOS技术中摩尔定律的规模经济，以及光学领域的研究进展。这两个因素将有助于降低重定向网络的成本，让计算功能更好地对齐，并获得数据中心运营商的关注，他们正在考虑如何在保持成本和功耗的同时增加数据中心容量。CMOS和光子学在开关技术中的结合有可能降低网络成本和能源消耗。将交换功能带入光领域，不仅意味着基本元件可以不断按比例放大，还可以通过模块化的交换结构进行扩展。这种方式可以让网络实现极致的可扩展性，可以提供下一代数据中心所需的带宽容量。然而，为了开发这项技术，将采取系统级的多学科方法，这也是世界领先的光子学、电子学、软件、系统架构和半导体/光电子制造领域的专家齐聚一堂的主要原因。数据中心网络是一个价值数十亿美元且不断增长的市场。硅光子学是满足这一市场潜力的关键因素。相信在未来10年内，互联网的计算能力和传输能力将增长数千倍。
