光是怎么一步步把铜逼进机柜的
上一篇讲的是铜和光的交叉点，速率每翻一倍，那个点就往短距离挪一步。这一篇把时间拉长一点。Kevin 在节目里把一百多年的通信史压成了三次跃迁，无线和有线、铜和光、长距离到短距离，我听下来觉得这个框架挺好用的，顺着它讲，那个交叉点是怎么从大西洋海底一路挪到机柜边上的，就能看得比较清楚。
先说一个我以前没想明白的事。大家印象里通信是不是一路往无线走的啊？电报是线，电话是线，后来有了手机，有了 Wi-Fi，现在连房车露营都能挂个星链。我以前大概也觉得线这东西早晚要被淘汰。但骨干那一层，跨洋跨洲那种大流量的传输，一百多年来一直是有线在扛。
无线为什么一直没赢下骨干网
先捋一下顺序，有线是先来的。1837 年，英国的库克和惠斯通拿到了英国第一个电报专利，同一年莫尔斯在纽约也独立做出了自己那套系统，两边互不知情。电话是贝尔，构思是 1874 年夏天在加拿大安大略的 Brantford 家里想出来的，1876 年 3 月拿到专利、打通第一个电话。然后无线才登场。1901 年 12 月，马可尼在纽芬兰用风筝拉起一根天线，收到了从英国康沃尔发过来的一个字母 S，三个短点，跨了大概 3440 公里。这是人类第一次不靠电缆跨大西洋收到信号，但要说清楚，那是单向的、实验性质的一次验证，真正能商用的无线电报要到 1907 年前后才稳下来。
从这以后两条路线就开始拉锯了，最好看的一个案例是跨大西洋电话。1927 年第一条商用越洋电话开通，走的是无线电，整条线路同一时刻只能有一路通话，就一路。打三分钟大概 $75，也有资料说是 $45，反正换算成今天的购买力是上千美元打三分钟。三十年之后，1956 年，第一条跨大西洋海底同轴电缆 TAT-1 开通，36 路通道，35 路话音加 1 路电报，质量和容量一下就把无线压下去了。六七十年代通信卫星起来了，1962 年的 Telstar 做了第一次跨大西洋电视直播，Intelsat 那套体系又把很多跨洋话音和电视信号抢了回去。
到 1988 年就基本定了。那一年第一条跨大西洋海底光缆 TAT-8 上线，280 Mbit/s，等效大概四万路电话同时打，是上一代铜缆 TAT-7 的十倍左右。从那以后卫星就没再夺回过主导权。今天洲际数据流量的绝大多数走的是海底光缆，业内常说 99%，这个数字 TeleGeography 专门查过，找不到官方出处，比较稳的说法是 95% 以上；跨洋的卫星通信，只是补充和备份。所以接入端确实在不断无线化，手机、Wi-Fi、星链都是，但骨干网一直走有线，就是容量的问题，接入端可以无线，骨干那点流量无线扛不动。Kevin 这个说法我觉得站得住。
通信史不是无线取代有线：无线争的是覆盖，有线争的是容量，今天绝大多数洲际数据流量走的还是海底光缆
那星链呢？它不就是纯无线吗？节目里敏姐也追问了这个。Kevin 的解释是，星链你买回家的是一个收发器，放阳台上或者屋顶上，它跟头顶的卫星通信，卫星再跟离它最近的地面基站通信，而基站和基站之间的长距离传输，走的还是光缆。无线只管了最后那一段覆盖，真正要搬的那些流量，还是走光缆。这个例子比手机更能说明问题，因为星链是大家印象里最「无线」的东西了。
那有线里面，为什么铜又输给了光？这个账要从中继站算起。
中继站是个啥，为什么它把铜逼到了头
上一篇讲过铜的病根，趋肤效应加介质损耗，频率越高信号衰减得越厉害。导线数量不变，想提容量就只能提频率；频率一提，信号跑不了多远就没劲了，幅度变小，波形变糊。那怎么办？只能沿路隔一段修一个站，把信号接住，放大、整形，再原样发出去，跑下一段。这个站就叫中继站。Kevin 的比方是接力赛的交接棒，或者古代驿站的换马处。他现场还举了一个野营的例子：三个人爬上三个山头，人的嗓子大概只能喊两公里，敏姐在第一个山头想传话给石磊，就得先喊给站中间山头的 Kevin，Kevin 听清了再喊给石磊，直接喊石磊是什么都听不到的。敏姐接了一句，这像小时候玩的传话游戏，排成一列一个一个往后传，最后看末尾那个人说得对不对。
这个传话游戏其实把中继站的代价也说出来了。中继站不是白接的，它得先判断你发过来的到底是什么，判断就可能判错。模拟的中继站会把自己那份噪声一起传下去，数字的则可能把这一位判错。站越多，错得越多。而且每个站都要建、要供电、要维护，铺在海底的尤其贵。到了同轴载波的技术极限阶段，也就是 70 年代，陆地干线的中继站已经密到每一两公里一个，1974 年的 L-5 系统大概 1.6 公里一个。容量越大站就越密，建站、供电、维护的钱全跟着涨，这条路当时眼看就走到头了。
1966 年有人提了个当时看着很离谱的判断。高锟和 George Hockham 提出，玻璃可以拿来传光，只要把损耗降到每公里 20 dB 以下，就能用来通信。离谱在哪？当时最好的光学玻璃，损耗是每公里 1000 dB，差了五十倍，所以那会儿大家把这个当天方夜谭。高锟拿到诺贝尔奖是 2009 年，离这篇论文 43 年。
1970 年这一年出了两件事。8 月，康宁的三个人 Maurer、Keck、Schultz 用掺钛的石英拉出了每公里 17 dB 的光纤，第一次跌破 20 dB 那条线。同一年，能在室温下连续工作的半导体激光器也做出来了，而且是两个队几乎同时，苏联约飞所的 Alferov 在 5 月，贝尔实验室的 Hayashi 和 Panish 在 6 月。玻璃丝和往里打光的灯同一年都出来了，高锟那篇论文一下就变成能做的事了。顺便说一句，康宁这家公司今天还在做光纤，Kevin 在节目里随口提了一句，这个不展开。
再往后五十年，损耗一路往下掉。今天典型的商用光纤每公里衰减在 0.18 到 0.20 dB，超低损耗的能做到 0.16、0.17，0.14 是实验室纪录。跑 100 公里也就 20 dB，听起来不少，但你对比一下，上一篇那个 224G 的铜链路，从芯片到芯片全链路算下来就能到 40 dB 量级，是光纤跑 100 公里那个数的两倍。这个胜负是物理性质定的，跟谁工艺好没多大关系。而且光纤还有第二个优势，带宽，一根玻璃丝配上波分复用，让不同波长的光并排跑，容量比铜高出好几个数量级，这两笔数上一篇算过了，这里不重复。机房里最新的高速有源铜缆一根也就几百 G 到 1.6T，而且只能在机柜内和相邻机柜这几米的范围里用。
中国是这条线上的后来者，1976 年赵梓森在武汉拉出了国内第一根实用光纤，这五十年怎么从下游爬到上游的，第五篇展开。武汉今天叫「光谷」，Kevin 在节目里考了一下主持人它的英文名，敏姐答的是 Optics Valley，对了。这个 Optics 指的是光器件，不是物理学里的那个 light，敏姐还顺手澄清了一下，河北也有个「光谷」，那个是光伏，跟这个不是一回事。
第三次跃迁挪的是边界
前两次跃迁都是技术换代，第三次不太一样，光的技术没换代，换的是光和铜的分界线画在哪。「光进铜退」这个说法在行业里说了很多年了，讲的就是这个。Kevin 给了一条时间线，我照着列一下：上世纪八十年代，光先拿下洲际海缆，就是 TAT-8 那一拨；九十年代，省际干线；两千年代，城域网；2010 年代，光纤入户，光猫进了你家墙上；2015 年之后，光进了数据中心机房，几十到几百米的距离也开始走光；到今天，机柜和机柜之间，超过一到三米就是光纤的天下。下一站是机柜之内、芯片封装之内，也就是 CPO，第四篇专门讲。这么算下来五十年，铜就被挤到最后这一到三米了。
五十年来光进铜退的边界一直往芯片端推：从洲际海缆、省际干线、城域网、光纤入户、机房，推到今天的机柜之间，下一站是封装之内
以前光通信主要做电信市场，一根海缆几年才修一条，距离长，量少。现在主场是数通市场，距离短，出货量大，拼的是成本，Kevin 说一个 AI 集群一次就要插几万只模块。后面这种打法，中国厂商正好占便宜，这个留到第五篇。
看到这大概会有个疑问，为什么光是从远的地方先赢，再一步步往近处推，而不是反过来啊？还是上一篇那笔账。铜按距离付费，距离越长中继越多、屏蔽线缆越贵；光按端口付费，转换一次的钱是固定的。所以距离越长，光就比铜越划算，光当然先从最远的地方把铜替掉，然后每一代速率翻倍，铜能跑的距离就砍一半，光跟着往里推。
计算机那边也走了一遍同样的路
上面讲的是通信网。同一段时间，还有一条平行的线在走：计算机的世界里，芯片和芯片、主机和外设、机器和机器，也要通信。这条线 Kevin 概括成一句话，并行改串行、单端改差分。
六十年代的 RS-232 串口，串行的，一根线上数据一位一位排队走，Kevin 给的数是最高大概 115 kb/s，放到今天传一张手机照片要三四分钟。七十年代打印机用的 Centronics 并口出来了，八根线并排，同时各传一位，速率到了每秒一两兆字节。当年的直觉很朴素，八根线一起跑，当然比一根线快八倍。
那后来为什么又放弃并行了？这段音频里 Kevin 讲得比文字稿清楚。八根线要放在一起走，线材的制造工艺没办法保证这八根一模一样，就好像八条跑道长度是不一样的。你同时发，到终点的时候是先后到的，八根线上的数据最后对不齐。速度慢的时候这点差别无所谓，速度一上去，一位数据的时间窗口比跑道之间的差还短，就全乱了。
所以 2000 年前后整个行业做了一次集体转身，放弃并行，全面转向串行。2003 年 PCIe 登场，用的是差分信号，两根线传一个信号，靠两根线的差值来判 0 和 1，抗干扰强很多。PCIe 单通道从 2.5 GT/s 起步，2025 年发布的第七代规范做到 128 GT/s，一条通道快了五十倍。同一时期 USB 从 12 Mb/s 一路走到 USB4 的 80 Gb/s；硬盘接口，串行的 SATA 取代了并行的 ATA。反正就是不再指望多根线同步了，单根差分线的速率做到极致就行。
干这件事的电路就是 SerDes，串行器加解串器。发送端把一堆并行数据压成一根线上的高速串行流，接收端再拆回并行。Kevin 的比方是，本来有十条泥泞的乡村小路各自运货，现在把它们汇到一条平坦宽敞的高速公路上，到了终点再分回十条小路。敏姐当场复述了一句，喔，这些方法都是 SerDes，Kevin 说对。上一篇讲的通信界的摩尔定律，10G 到 25G 到 56G 到 112G 再到 224G，说的就是这一根线的速率。
网络这条线也一样。以太网 1980 年从 10 Mb/s 的共享同轴电缆起步，1998 年千兆，2002 年万兆。万兆这里有个例外要说清楚，10GBASE-T 用 Cat6a 网线还能跑满 100 米，所以准确的说法是，25G 及以上速率、或者超过 100 米，基本就只剩光纤这一种介质了。数据中心里更是沿着 25G、100G、400G、800G 一路跑到 1.6T。
所以打印机线、USB、PCIe、以太网，底下其实是同一套物理学。Kevin 说电信那边的光和计算机这边的电是两条河，最后在数据中心碰上了，碰头那个器件就是光模块。这个「两条河」的说法我觉得比什么「产业融合」之类的词好懂多了。
边界推到机柜里之后，下一个问题就很具体了：光电转换那个点，到底该放在离芯片多近的地方？是插在面板上，还是贴到交换芯片旁边，还是干脆封进同一个封装里？这道题第四篇讲。对了，如果你对光本身怎么被硅片驯服感兴趣，隔壁系列的人类是怎么管住光的讲的是光刻那条线，算是光的另一种用法。
本文整理自播客《十分吸引》第 75 期「光与电的游戏：有线通讯史的百年之争」，嘉宾 Kevin（芯片系统工程师），主播石磊、敏姐、孙悦。产业链的这套讲法是 Kevin 的，我只做了主题重编和文字整理，理解有偏差的地方锅在我。节目和本文都不构成任何投资建议，提到的公司只是产业链上的例子。
