微软凭借低成本MicroLED技术，通过网络创新致力于提升数据中心效率

[微软技术分享]

英国剑桥——在出现在你手中或桌上的屏幕上之前，这篇报道及其照片最初是以激光发射的光脉冲形式存在的，这些光脉冲穿过细如发丝的玻璃丝。

这是一项无形的工程奇迹。因为数据和服务通过光纤无缝地传递到我们手中，我们对此习以为常，从未深思。

在一位微软专家称之为实现这一奇迹的“数字基础设施”领域，创新变革正在到来。

该项目的首席研究员表示，微软一项采用低成本微型发光二极管（MicroLEDs）、旨在成为目前数据中心内传输数据线缆更高效替代品的发明，预计将于2027年末与行业合作伙伴实现商业化。

这套新系统的开发恰逢其时。随着人工智能和云需求的快速增长，现有网络技术在距离、功耗、密度和可靠性方面正日益受到物理限制的制约。

由英国剑桥微软研究院实验室与Azure Core、Azure硬件系统与基础设施团队以及微软365团队合作研发的新型MicroLED技术，相较于目前使用的各类线缆具有多项优势。

研究人员表示，基于团队对新系统的实验室测试以及对该系统部署后性能的估算，它预计将比主流的激光光缆能耗降低约50%。

该项目的首席研究员保罗·科斯塔（Paolo Costa）引用团队的同行评审研究表示，该技术的制造成本也会更低，并且还具备更长的使用寿命等其他优势。微软团队最近与联发科（MediaTek）及其他供应商共同完成了一项概念验证项目，旨在将MicroLED技术微型化，并将其集成到一款与当前数据中心所用设备兼容的收发器设备中。

 

这项新技术采用成本低廉且市售的MicroLED（微发光二极管）替代激光器，并使用另一种市售的、通用名称为成像光纤的线缆来首尾相连传输光子。

“成像光纤看起来和标准光纤没两样，但它内部有数千个纤芯，”微软合作研究主管科斯塔说。他解释道，这项技术早已应用于医疗内窥镜所用的线缆中，而医疗内窥镜本质上是将微型摄像头送入人体内部。“这正是之前缺失的关键部分。我们终于找到一种能在一根线缆中传输数千个并行通道的方法。”

在数据中心内，通常有两种类型的电缆用于服务器之间的数据传输：一种是光纤电缆，通过激光发射的光子传输数据；另一种是铜缆，凭借电子传输数据，适用于距离更近、速度更快且更可靠的连接。

每种方式都有其局限性。铜缆在传输大量数据时，传输距离仅约两米。铜缆通常用于单个机架，以连接如今广泛使用的图形处理器（GPU），尤其是在人工智能应用中。光纤的传输距离则要远得多（例如，可横跨整个太平洋海底）。但随着传输距离和数据量的增加，可靠性和能耗问题也随之而来。

这项新技术在很大程度上解决了这些局限性；MicroLEDs 可以覆盖数十米，比激光驱动的光纤更可靠（光纤易受温度变化甚至灰尘的影响），且能耗也低得多。

如今基于激光的光纤电缆通过少数信道以光脉冲形式传输数据。正如科斯塔所描述的，这是一种“窄而快”的数据传输方式。

MicroLED系统拥有数千个独立通道，能以科斯塔比作二维码的模式发射光子。他将这种方式描述为“宽而慢”的方法。凭借其宽度，这种方式能传输大量数据，就像一条宽阔缓慢的河流与一条狭窄湍急的小溪，二者承载的水量是相同的。

“利用LED以比铜缆和光纤更低的成本、更低的功耗传输数据的早期理念，曾被视作天方夜谭，”微软研究院技术研究员、公司副总裁道格·伯格表示，“这一突破有望改变计算基础设施的几乎所有方面……从高带宽光缆开始。”

空心光纤已投入使用

MicroLED 布线并非唯一一种正在改变数据传输方式的网络创新。另一项技术被称为空心光纤（HCF），它已在部分微软 Azure 区域投入使用，并正在全球更多区域部署中。

这两项技术将在3月举办的2026光纤通信会议及展览会（OFC）上展出，其中包括空芯光纤（HCF）和微型发光二极管（MicroLED）技术的研究成果与最新进展。

与在光纤中传输光子不同，空芯光纤（HCF）如其名，是在中空纤芯中通过空气传输信号，这能让光的传播速度更快，最终在相同距离下降低延迟，或在相同延迟下覆盖更长的距离。这意味着数据中心可以放置在更远的地方，而不会失去消费者所习惯的速度和响应性。该创新被《时代》周刊（Time magazine）评为2025年年度最佳发明之一。

微软已达成制造合作，以帮助提高高密度机柜（HCF）的产量，为全球更多的数据中心配备该设备。

弗兰克·雷伊是微软Azure超大规模网络业务的总经理。他表示，虽然自己有时会把工作形容为“数字管道工”，但他的团队实际上“负责构成微软全球网络的所有机房、设备和线路”。

雷伊表示，HCF与新型MicroLED系统是互补技术，二者均有助于微软实现以最快、最高效的方式交付Azure云服务的目标。

设计人员表示，总体而言，MicroLED 系统将在数据中心内部发挥作用，用于连接服务器和图形处理器。雷伊称，高容量光纤（HCF）能够实现长距离传输，可为客户提供服务并连接各个数据中心，不过它最终也可能在数据中心内部承担一定角色。

雷伊表示，根据已发表的研究，空心光纤的两大主要优势在于，与传统单模光纤（SMF）相比，空心光纤的数据传输速度最高可提升47%，延迟大约降低33%。空心光纤由南安普敦大学研发，后在一家名为Lumenisity的衍生公司中得到进一步开发，微软于2022年收购了该公司。

“有了MicroLED，你就能获得LED优于激光的纯粹能效，”他说。“这会对任何特定数据中心的功耗产生直接的底线影响。而空心光纤技术能让我们扩大单个数据中心和一个Azure区域的服务范围。在Azure区域之外，如果在需要进行任何信号放大之前，信号能传输更远的距离，那就意味着可以减少建筑数量、降低电力消耗、减少发电机使用并节约更多能源。”

雷伊表示，HCF和MicroLED系统的设计使其能够快速且轻松地安装在微软及其他数据中心内。

探索可能性边界

在剑桥的实验室里，MicroLED系统的一个工作原型占据了大半个工作台，缠绕的发光线缆搭在支撑着透镜、图像传感器和MicroLED灯的金属框架上。为解决如此复杂的问题，微软组建了一支专家团队，成员包括一名计算机科学家、一名数字逻辑专家、光学工程设计师、电子集成光子学与封装专家、一名机械工程师，以及光通信与信号处理专家。

科斯塔在微软研究院的研究始于一个关于光开关的项目，但研究人员很快意识到，他们还需要一种高效的链路技术来充分发挥其优势。

“就在疫情爆发前夕，我们开始研究如何让这些连接更高效，也就是在那时，我们着手研发MicroLED技术方案。”他说。

从那时起，科斯塔和他的团队研发出了如今能在实验室工作台上看到的这套系统，最近他们还与联发科及其他供应商合作，将整套设备微型化，制成了可插入服务器的金属收发器，其大小大约和一根大拇指差不多。

该收发器包含了那张杂乱实验台上所有设备的微型版本。微型透镜将光线引导到光电二极管上，光电二极管把光线转化为承载可用数据的电信号。

一旦数据抵达服务器，它就会变成我们的电子邮件、博客文章、猫咪照片、流媒体电影和人工智能聊天内容。这是一项因运作无形而不被人察觉的工程奇迹。

顶部图片：这是英国剑桥微软研究院某实验室工作台上，一款用于替代数据中心光纤和铜缆的新型 MicroLED 系统原型。工作台上的所有元件均已实现微型化，可装入约拇指大小的收发器中，并能插入服务器。图片由克里斯·韦尔施为微软拍摄。