الألياف الضوئية لمراكز البيانات: أحدث التطورات في عام 2025

تم التحديث في 11 ديسمبر 2025

تحديث ديسمبر 2025: ينمو سوق المكونات الضوئية لاتصالات البيانات بأكثر من 60% ليتجاوز 16 مليار دولار في 2025. شحنات أجهزة الإرسال والاستقبال بسرعة 800G تحقق زيادة سنوية بنسبة 100%. أجهزة 1.6T تدخل مرحلة الإنتاج لتطبيقات NVIDIA ومراكز البيانات الفائقة. NVIDIA تعلن عن مفاتيح شبكية تعتمد على الضوئيات السيليكونية المدمجة. Google تُظهر توفيراً في الطاقة بنسبة 40% من خلال تقنية التبديل الدائري الضوئي. تم اعتماد OSFP-XD كمعيار أساسي لحمل سرعات 1.6T (92% من عقود مراكز البيانات الفائقة).

سينمو سوق المكونات الضوئية لاتصالات البيانات بأكثر من 60% ليتجاوز إيراداته 16 مليار دولار خلال عام 2025، مدفوعاً بشكل رئيسي بالنمو المستمر في شحنات 400G و800G.¹ ستحقق شحنات أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية بسرعة 800G زيادة سنوية بنسبة 100% في 2025.² أعلنت NVIDIA عن مفاتيح شبكية تعتمد على الضوئيات السيليكونية المدمجة التي تلغي وحدات الإرسال والاستقبال القابلة للتوصيل بالكامل.³ أظهرت Google توفيراً في الطاقة بنسبة 40% من خلال نشر تقنية التبديل الدائري الضوئي.⁴ تتقدم تقنية الألياف الضوئية على جبهات متعددة في آن واحد، معيدةً تشكيل بنية الربط البيني لمراكز البيانات في عصر الذكاء الاصطناعي.

تدفع متطلبات النطاق الترددي لتدريب الذكاء الاصطناعي والاستدلال الروابط الضوئية إلى ما وراء الحدود التقليدية. تتطلب مجموعات GPU تيرابتات في الثانية من النطاق الترددي الإجمالي مع أقل زمن استجابة ممكن. يتسارع الانتقال من أجهزة 400G إلى 800G إلى 1.6T مع استنفاد مشغلي البنية التحتية الفائقة للسعة الحالية. تتحدى البنى الجديدة بما في ذلك الضوئيات القابلة للتوصيل الخطية والضوئيات المدمجة والتبديل الدائري الضوئي نموذج أجهزة الإرسال والاستقبال القابلة للتوصيل المهيمن الذي حدد العقد الماضي.

800G يصبح المعيار السائد

بحلول عام 2025، لم تعد الوحدات الضوئية بسرعة 800G تقنية مستقبلية—بل تمثل الخيار الافتراضي للإنشاءات الجديدة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي وشبكات السحابة الفائقة.⁵ تدفع أعباء عمل الذكاء الاصطناعي المتفجرة ونماذج اللغة الكبيرة ذات التريليون معامل ومجموعات GPU الكثيفة الشبكات التقليدية بسرعات 100G و200G و400G إلى حدودها القصوى.⁶ تُظهر أبحاث الصناعة وخرائط طريق الموردين أن ضوئيات 800G ستهيمن على النشر الجديد في مجموعات الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات الكبيرة، خاصة في تنسيقات OSFP وQSFP-DD.⁷

ستنمو شحنات ضوئيات 800GbE بنسبة 60% في 2025.⁸ يأتي هذا النمو بعد زيادات سنوية في النشر بنسبة 250% لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية بسرعة 400G والأعلى في 2024.⁹ يعكس هذا التسارع كلاً من توسع البنية التحتية ودورات تحديث التقنية مع قيام المشغلين باستبدال معدات 100G و200G القديمة.

تمثل الفترة من 2024 إلى 2026 مرحلة النشر الضخم لـ 800G.¹⁰ تحل هذه التقنية محل 400G كخيار مفضل لترقيات شبكات مراكز البيانات.¹¹ يجب على المؤسسات التي تخطط لاستثمارات البنية التحتية افتراض 800G كخط أساس للنشر الجديد.

أجهزة 1.6T تدخل مرحلة الإنتاج

يبدأ الانتقال إلى ضوئيات اتصالات البيانات بسرعة 1.6T في 2025، على الرغم من أن الإنتاج بالحجم يظل محدوداً على تطبيقات NVIDIA ومراكز البيانات الفائقة المختارة.¹² ستبقى الشحنات دون مليون وحدة للعام.¹³ لن يؤثر جيل 1.6T بشكل كبير على معدلات نمو 400G و800G حتى 2026.¹⁴

أطلقت Accelink Technologies وحدة 1.6T OSFP224 DR8 تدعم معدلات 8×200G.¹⁵ تدمج وحدة Coherent بسرعة 1.6T-DR8 باستخدام تغليف OSFP معالج NVIDIA DSP لتلبية متطلبات شبكات الذكاء الاصطناعي.¹⁶ تُظهر هذه المنتجات المبكرة جاهزية الإنتاج بينما تتزايد الأحجام تدريجياً.

تعطي جهود التوحيد القياسي الصناعية بقيادة Open Compute Project الآن الأولوية لـ OSFP-XD كحامل أساسي لسرعات 1.6T.¹⁷ تحدد 92% من عقود مراكز البيانات الفائقة لعام 2025 هذا التنسيق لجاهزيته لـ SerDes بسرعة 224G.¹⁸ يوفر التوحيد القياسي وضوحاً في المشتريات للمؤسسات التي تخطط لبرامج بنية تحتية متعددة السنوات.

بالنظر إلى المستقبل، من المتوقع وصول أجهزة إرسال واستقبال بسرعة 3.2 تيرابت بحلول 2026.¹⁹ تنتقل الصناعة إلى معدلات بيانات أعلى مع توقع أن تصبح روابط 200G لكل قناة سائدة في 2026 و2027، مما يمهد الطريق لأجهزة إرسال واستقبال 800G و1600G بتلك المعدلات للقنوات.²⁰

تنسيقات الأجهزة واعتبارات الطاقة

يوفر تنسيق OSFP إنتاجية إجمالية تبلغ 800 جيجابت في الثانية باستخدام 8 مسارات بسرعة 100G.²¹ يستوعب التنسيق الأكبر مقارنة بـ QSFP-DD مشتتات حرارية متكاملة ويدعم استهلاك طاقة يصل إلى حوالي 15 واط.²² يثبت الغلاف الحراري أهميته مع زيادة متطلبات طاقة أجهزة الإرسال والاستقبال.

تقدم ضوئيات 800G تحديات جديدة للبنية التحتية.²³ تستهلك الوحدات من 14 إلى 20 واط أو أكثر، مما يضغط على تصميمات تبريد المفاتيح الشبكية وميزانيات طاقة الخزانات.²⁴ يساعد التنسيق الأكبر لـ OSFP في إدارة المتطلبات الحرارية، لكن التخطيط الدقيق يبقى ضرورياً.²⁵

غالباً ما يتطلب الانتقال إلى 800G أعداداً أعلى من الألياف وكابلات MTP ومتطلبات أكثر صرامة للقطبية والنظافة.²⁶ يمتد استثمار البنية التحتية إلى ما وراء أجهزة الإرسال والاستقبال نفسها ليشمل منظومة الكابلات السلبية.

يشمل الموردون الرئيسيون Innolight (الآن TeraHop) وCoherent وEoptolink للوحدات الكاملة.²⁷ توفر Coherent وBroadcom وLumentum مكونات ضوئية حيوية بما في ذلك الليزر وكواشف الضوء.²⁸

الضوئيات القابلة للتوصيل الخطية تقلل الطاقة

تزيل تقنية الضوئيات القابلة للتوصيل الخطية (LPO) شريحة معالج الإشارات الرقمية (DSP) من وحدة الإرسال والاستقبال.²⁹ تعتمد الوحدة بدلاً من ذلك على معالج DSP الخاص بالمنصة المضيفة، باستخدام دوائر تشغيل خطية مع مضخمات معاوقة عبرية وشرائح تشغيل تحافظ على قدرات خطية ومعادلة ممتازة.³⁰

يثبت توفير الطاقة أنه كبير. يستهلك جهاز إرسال واستقبال 400GbE التقليدي المعتمد على DSP من 7 إلى 9 واط.³¹ يتطلب جهاز إرسال واستقبال LPO بسرعة 400GbE عموماً من 2 إلى 4 واط فقط.³² يمثل DSP حوالي 50% من طاقة الوحدة القابلة للتوصيل، مما يجعله الهدف الأساسي لمكاسب الكفاءة.³³

تقدم تقنية LPO زمن استجابة أقل بنسبة تصل إلى 90%.³⁴ يزيل غياب DSP خطوة معالجة من مسار نقل البيانات.³⁵ أصبح تقليل زمن الاستجابة محركاً رئيسياً لاعتماد LPO في اتصالات المفتاح إلى المفتاح والمفتاح إلى الخادم وGPU إلى GPU للتعلم الآلي والحوسبة عالية الأداء.³⁶

تضاعف مزايا التكلفة فوائد الطاقة وزمن الاستجابة. تمثل شريحة DSP المكون الأغلى في الضوئيات التقليدية.³⁷ إزالتها تمكن من تحقيق وفورات كبيرة على نطاق واسع.

تتفوق LPO في البيئات ذات الروابط القصيرة والمعدات المضيفة المصممة للتشغيل الخطي.³⁸ تمثل الاتصالات من أعلى الخزانة إلى مفتاح الطبقة التي عادة ما تكون أقل من 100 متر وغالباً أقل من 5 أمتار التطبيقات الأساسية.³⁹ تستفيد أقمشة الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء داخل المجموعات التي تربط وحدات GPU داخل خزانات فردية أو خزانات متجاورة من خصائص LPO.⁴⁰

تضم اتفاقية LPO متعددة المصادر 50 شركة في مجال الشبكات وأشباه الموصلات والربط البيني والضوئيات تتعاون على اختبار التوافق.⁴¹ ومع ذلك، فإن عدم وجود معايير كاملة لاتصالات الوحدات الضوئية يبطئ الاعتماد على الرغم من الضغط المتزايد لتقليل استهلاك طاقة مراكز البيانات.⁴²

الضوئيات المدمجة تحول البنية

تدمج الضوئيات المدمجة (CPO) المحركات الضوئية مباشرة مع دوائر ASIC للمفاتيح أو المعالجات على ركيزة مشتركة.⁴³ يلغي هذا النهج وحدات الإرسال والاستقبال القابلة للتوصيل بالكامل، محسناً كفاءة الطاقة بمقدار 3.5 مرة ومعززاً الموثوقية بمقدار 10 مرات مقارنة بالبنى التقليدية.⁴⁴ مقارنة بأجهزة الإرسال والاستقبال القابلة للتوصيل، تقلل CPO استهلاك الطاقة بنسبة 50% وتزيد كثافة النطاق الترددي بمعامل ثلاثة.⁴⁵

أعلنت NVIDIA عن تكامل CPO في GTC 2025. كشف Jensen Huang عن مفاتيح شبكية تدمج الضوئيات المدمجة التي تجمع بين الضوئيات والإلكترونيات في حزمة واحدة لأداء وكفاءة أعلى.⁴⁶ يقدم مفتاح Quantum-X، المتوفر في النصف الثاني من 2025، ومفتاح Spectrum-X، المخطط له في النصف الثاني من 2026، شرائح ضوئيات سيليكونية مدمجة بسرعات 1.6T و3.2T.⁴⁷

يقدم مفتاح Quantum-X الضوئي إنتاجية إجمالية تبلغ 115.2 تيرابت في الثانية باستخدام وحدتي CPO.⁴⁸ تحتوي كل وحدة على دائرة Quantum-X800 ASIC مبنية على عملية TSMC 4N مع 107 مليار ترانزستور وستة مكونات ضوئية تشمل 18 محركاً ضوئياً سيليكونياً.⁴⁹ تحقق معدّلات الحلقة الدقيقة بسرعة 200 جيجابت في الثانية تخفيض الطاقة بمقدار 3.5 مرة.⁵⁰

تدفع قيود الطاقة اعتماد CPO. وفقاً لـ Jensen Huang، الطاقة هي السلعة الأهم للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي.⁵¹ يتطلب كل GPU ستة أجهزة إرسال واستقبال كهربائية إلى ليفية قابلة للتوصيل، يستهلك كل منها 30 واط.⁵² التوسع إلى مليون GPU سيستهلك حوالي 180 ميجاواط—رقم غير مستدام للأنظمة واسعة النطاق.⁵³

أعلنت Delta عن مفتاح Ethernet CPO بسرعة 51.2T يعتمد على حل Broadcom Tomahawk 5-Bailly لتلبية متطلبات شبكات الذكاء الاصطناعي المتطورة.⁵⁴ أعلنت Ayar Labs وAlchip Technologies عن شراكة استراتيجية لتسريع البنية التحتية لتوسيع نطاق الذكاء الاصطناعي باستخدام تقنية CPO مع التغليف المتقدم من TSMC.⁵⁵

من المتوقع نشر CPO على نطاق واسع بين 2028 و2030.⁵⁶ شُحنت المنتجات المبكرة من Broadcom في 2024 و2025، لكن الاعتماد يتطلب بنى مفاتيح جديدة وكابلات ومعايير.⁵⁷ تتوقع توقعات الصناعة ارتفاع شحنات منافذ CPO من أحجام ضئيلة اليوم إلى عشرات الملايين بحلول 2029.⁵⁸

تسارع سوق الضوئيات السيليكونية

يولد سوق الضوئيات السيليكونية 3.11 مليار دولار في 2025 ومن المتوقع أن يتقدم بمعدل نمو سنوي مركب 27.21%، ليصل إلى 10.36 مليار دولار بحلول 2030.⁵⁹ ينبع النمو القوي من الطلب المتزايد على نقل البيانات عالي السرعة في الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية وتقنيات الكم.⁶⁰

يعمل الذكاء الاصطناعي كأكبر محرك لتطوير أجهزة الإرسال والاستقبال ذات الدوائر الضوئية المتكاملة.⁶¹ تتطلب مسرعات الذكاء الاصطناعي ذات الأداء الأعلى أجهزة إرسال واستقبال ذات أداء أعلى، مع توقع أجهزة بسرعة 3.2 تيرابت في الثانية بحلول 2026.⁶² تمكن التقنية الروابط البينية عالية النطاق الترددي والموفرة للطاقة الضرورية لتوسيع نطاق أنظمة الذكاء الاصطناعي.⁶³

يقلل تضمين المحركات الضوئية بجانب دوائر ASIC للمفاتيح التحويلات الكهربائية-الضوئية ويخفض استهلاك الطاقة على مستوى الخزانة بنسبة تصل إلى 40%.⁶⁴ تؤكد تجارب التبديل الدائري الضوئي من Google مكاسب زمن الاستجابة.⁶⁵ تقدم كل من NVIDIA وMarvell الآن عينات من وحدات مدمجة خاصة تبسط تخطيطات اللوحات لمجموعات الذكاء الاصطناعي.⁶⁶

يجمع النظام البيئي الصناعي بين قادة متكاملين عمودياً بما في ذلك TeraHop (سابقاً InnoLight) وCisco وBroadcom وMarvell مع شركات ناشئة مبتكرة بما في ذلك Ayar Labs وLightmatter وCelestial AI وNubis Communications.⁶⁷ يشحن اللاعبون الصينيون بما في ذلك TeraHop وHisense وAccezlink ملايين الوحدات التي تشغل روابط الذكاء الاصطناعي.⁶⁸

الألياف متعددة النوى تزيد الكثافة

تحتوي الألياف متعددة النوى (MCF) على نوى متعددة مستقلة لتوجيه الضوء في خيط ألياف واحد.⁶⁹ على عكس الألياف التقليدية أحادية النمط أو متعددة الأنماط ذات النواة الواحدة، تعمل MCF كطريق سريع متعدد المسارات، حيث تحمل كل نواة قناة بيانات منفصلة في وقت واحد.⁷⁰ يزيد التصميم بشكل كبير من سعة الألياف والكثافة المكانية دون زيادة الحجم المادي للكابل.

يمكن للألياف رباعية النوى زيادة سعة النطاق الترددي ضمن نفس المساحة بأربع مرات.⁷¹ يمكن للألياف سباعية النوى أن تحل محل سبعة ألياف أحادية النواة، مما يحسن استخدام المساحة بشكل كبير.⁷² يعد نقل المزيد من البيانات عبر ليف واحد أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بطبيعته من تشغيل ألياف منفصلة متعددة وإلكترونياتها المرتبطة.⁷³

في OFC 2025، عرضت Eoptolink أول جهاز إرسال واستقبال ضوئي بسرعة 800G في الصناعة للألياف متعددة النوى.⁷⁴ عرضت HYC سلسلة كاملة من التجميعات الفرعية السلبية للألياف متعددة النوى.⁷⁵ تقدم LINK-PP أجهزة إرسال واستقبال 400G QSFP-DD المصممة لسرعات 400 جيجابت في الثانية باستخدام الألياف رباعية النوى.⁷⁶

تُعتبر MCF حلاً فعالاً للتغلب على حد سعة Shannon لأنظمة الاتصالات الضوئية الحالية، مما يمكّن من زيادات أسية كبيرة في سعة النطاق الترددي.⁷⁷ ومع ذلك، لا يوجد حتى الآن معيار لقياس التداخل، مع وجود عدة طرق مقترحة لم يتم الاتفاق عليها بعد في هيئات المعايير.⁷⁸

كان من المتوقع أن تعمل MCF بحلول 2025، وتؤكد الإعلانات الأخيرة أن التقنية متاحة تجارياً الآن.⁷⁹

الألياف ذات النواة المجوفة تقلل زمن الاستجابة

تنقل الألياف ذات النواة المجوفة (HCF) الضوء عبر فراغ مجوف بدلاً من نواة زجاجية صلبة.⁸⁰ نظراً لأن الضوء ينتقل بشكل أسرع عبر

[تم اقتطاع المحتوى للترجمة]