AI时代，为何光通信不可或缺？

当我们使用智能手机刷短视频，或是与好友在线竞技，又或是观看远程直播时，这一切的背后都依赖于信息的流转。这些画面与声音被数字化为0和1的信号，通过电信号（即电压的高低变化）在介质中传播。最常见的介质是铜线，因其导电性佳且造价低廉。在日常生活中，通信带宽（每秒传输的数据量）通常在几百Mbps到几Gbps之间，对应的频率在几百MHz到几个GHz，此时铜线依然是理想的传输工具。

然而，面对支撑AI应用和训练的数据中心，情况截然不同。数据中心内成千上万的算力芯片协同工作，在大规模训练中需实时同步并交换海量数据。芯片间的通信带宽需求激增，可达几百Gbps甚至几个Tbps，远超日常需求。随着模型变大、数据变多，对带宽的要求也水涨船高。更关键的是，数据中心间距离虽长，却要求像一个整体运作，这意味着信号必须长距离无衰减传输，且时延极低。超大带宽、超长传输距离、超低时延，构成了数据中心对通信技术的三大严苛标准。

此时，我们再审视传统铜线，便会发现其已难堪大任。核心障碍在于交流电在导体传输时的“趋肤效应”。在此效应影响下，电流并非均匀流经导线截面，而是聚集在表面附近。随着频率升高，这种效应愈发显著，即只有极薄的一层表面有电流，中心区域几乎无电流通过。

趋肤效应示意图，电流仅集中在导线表层，中心区域几乎无电流流过

我们知道导体电阻与横截面积成反比，截面积越小电阻越大。受趋肤效应影响，通信带宽越大，频率越高，有效导电截面就越小，电阻随之增大，信号衰减加剧。在数据中心这种高带宽场景下，若用铜线，信号传输几米后便会衰减至无法识别。因此，从物理层面看，铜线已无法满足数据中心互联的需求。那该怎么办呢？科学家们将目光投向了另一种载体——光。

光作为一种信息载体，展现出极其优越的特性。在光纤内部，利用界面全反射及材料特性抑制散射吸收，光可实现近乎无损耗的传播。光在光纤中传输1公里，强度仅下降约4.5%，为超长传输提供了可能。同时，光作为电磁波，频率覆盖极广，其红外光波段（200-350THz）恰好能承载Tbps级别的带宽。此外，光以宇宙最快的速度（每秒30万公里）传播，能确保极低的时延。综上所述，光的特性完美契合数据中心对超长距离、超大带宽、超低时延的要求，因此成为AI时代通信的首选技术。