【光电通信】LPO与CPO：谁将主导下一代数据中心光互联？

今日光电 2025-03-21 18:01 49浏览 0评论 0点赞

工程师必看：B2900隐藏的15个超频测试模式 GaN电机驱动设计“避坑”指南

今日光电

有人说，20世纪是电的世纪，21世纪是光的世纪；知光解电，再小的个体都可以被赋能。追光逐电，光引未来...欢迎来到今日光电！

----追光逐电光引未来----

与CPO一同出现的另一热点LPO，在宣传力度，行业会议和媒体报道频率方面似乎都和CPO相差甚远。LPO是否在大家没有注视地方继续发展呢？LPO在CPO大规模商用之前是否会超越CPO主导下一代光互联呢？

先来简单回顾一下这两个的概念。对此熟悉的盆友可以直接跳过这部分。

CPO，即共封装光学技术，是一种将光学器件和交换芯片结合在一起的尖端技术。它摒弃了通常的可插拔光学模块，使光学引擎和交换芯片更紧密地结合在一起。

CPO技术的发展具体可分为两个阶段：1.近封装光学（NPO）技术：在CPO技术完全成熟之前，NPO技术是一种比较方便的过渡方案，具有成本低、功耗低等优点，在较短的时间内完成，特别适合初期系统开发和部署。

2.CPO技术：硅光子交换技术的最新形式，旨在最大限度地降低网络成本和功耗。在CPO方案中，光学引擎和交换芯片紧密封装在同一模块中，从而提高了系统整体性能和能效。

CPO 的优势：改善信号完整性，设计紧凑，高集成度，降低延迟

LPO（线性驱动可插拔光学器件），是指在光纤模块中采用直接驱动线性技术的解决方案。与传统的光学模块设计不同，LPO消除了常见的传统组件，例如DSP（数字信号处理器）和CDR（时钟数据恢复），从而有效地降低了系统功耗和延迟。但它也有一些缺点。首先，它在修复错误方面并不是最好的，而且它不能像其他系统那样走得那么远。因此，LPO技术更适合短距离通信，例如数据中心内部。当需要超快的速度并且不需要100% error free时，它尤其有用。

传统的可插拔光模块通常依靠DSP芯片来处理高速信号，以保证较低的误码率，但这也带来了较高的功耗。以400G光模块为例，7nm DSP的功耗约为4W，占整个模块功耗的近一半。而LPO通过省略这些额外的元件来降低功耗，例如，采用 LPO 的 Broadcom 800G 链路可能会从每模块 15W 降至10W 以下，当涉及数千个端口时，这是一个巨大的优势。

LPO 对主机端 DSP的依赖意味着它在长距离（超过2-3 米）或嘈杂环境中的灵活性不如基于DSP 的光学器件。Broadcom对此直言不讳——LPO在短距离、机架内场景中表现出色，而不是校园范围的链路。互操作性是另一个障碍；虽然MSA 有所帮助，但跨供应商调整线性光学器件比基于DSP 的模块更棘手，因为DSP 模块内置了信号校正。Broadcom押注其硅片主导地位（例如Tomahawk 5）来抵消这一点，但这项工作正在进行中。

LPO 的优势

热插拔和简化维护，降低延迟，降低成本

LPO 采用“线性驱动”方法，其中光学模块以最少的信号处理运行，而是依靠主机系统（如Broadcom 的Tomahawk 或Trident 交换机 ASIC）来完成繁重的工作。这大大降低了功耗（Broadcom 声称在某些设置中可节省高达 35%）并降低了延迟，这对于每微秒都至关重要的 AI 驱动数据中心来说意义重大。

通过不依赖DSP，LPO 可有效降低功耗和总体运营成本。DSP 技术目前由少数几家公司（例如 Broadcom 和Inphi）主导，使其成为一项高成本、资源有限的专业技术。LPO对 DSP 的依赖较少，有助于减少对这些稀缺资源的需求，从而为供应链带来多样化机会，提高市场竞争力。

CPO 与 LPO：哪种技术将主导数据中心光互连？

LPO 技术代表一种战略选择，专为短途应用等特定场景量身定制。虽然LPO 放弃了DSP/CDR 等传统组件，这可能会在BER 方面带来轻微的性能权衡，但它带来的功率、成本和延迟优势却非常显著。与CPO 不同，LPO 强调特定应用中的效率和成本降低，因此它具有独特的优势和劣势。虽然 LPO 技术出现的时间比 CPO 稍晚，但预计它会以更快的速度在市场上流行起来。CPO 和 LPO 之间的差异如下表所示：

CPO未来前景与挑战

CPO技术为提高光互连密度提供了新方向，有望在100T以上应用实现商业化。据LightCounting预测，CPO出货量将从800G和1.6T端口开始，到2026年至2027年，在超大规模云服务提供商的短距离数据通信场景中，CPO出货量预计将大幅增加，市场需求预计将大幅增长。CIR预计到2027年CPO市场总收入将达到54亿美元。

就全球销售额而言，预计CPO端口数量将从2023年的5万个增长到2027年的450万个。到 2027 年，CPO端口预计将占800G 和 1.6T 类别出货量的近 30%。根据 Yole 的报告，CPO 市场将在 2022 年创造约 3800 万美元的收入，预计到2033 年将增长到 26亿美元，复合年增长率(CAGR) 为 46%

CPO 面临的挑战

虽然 CPO 技术为先进光互连带来了新的希望，但它在技术成熟度、市场采用紧迫性和商业模式方面仍面临挑战。必须有效解决这些问题，CPO才能成为数据中心光互连领域的主流解决方案。

技术路径和成熟度：CPO技术仍处于早期发展阶段，其技术路径需要进一步完善。虽然CPO 的未来前景十分光明，但它尚未达到广泛应用的水平，仍需要时间来积累更多的实际案例和经验。相比之下，传统的可插拔光模块仍然占据市场主导地位，CPO可能需要几年时间才能取代它们成为主流解决方案。

采用紧迫性：在3.2T 光模块时代，CPO技术对外形尺寸和尺寸的要求很高。然而，在目前的1.6T 时代，可插拔光模块仍然提供了成熟的主流解决方案，其 8x200G 配置已经满足了大多数行业的需求。目前市场对更高速率CPO方案的需求并不迫切，这可能会减缓CPO在市场上的快速推广。

商业模式挑战：CPO技术的落地需要大量的硅光技术储备，这意味着其发展将高度依赖于相关技术的研发和生产能力。对特定厂商的依赖可能成为CPO技术大规模应用的一大障碍。首先，硅光技术储备和制造工艺的复杂性使得CPO的生产和研发集中在少数厂商手中，这种依赖可能导致市场出现技术垄断，进而影响不同厂商的竞争力和技术创新。另外，过度依赖单一厂商可能会限制技术发展，增加供应链的不确定性，影响终端用户选择CPO方案的灵活性和自由度。

CPO技术虽然展现出巨大的潜力，但仍面临着技术成熟度、市场紧迫性以及相关商业模式建立等方面的挑战。

LPO发展前景与挑战

随着该技术的不断发展，全球各大厂商已经推出了相关产品，Macom、Semtech、MaxLinear等龙头厂商在技术开发上取得了重大进展，而Broadcom也在积极推广自己的LPO解决方案。在 OFC 2024 等活动中，Broadcom展示了与其硅片搭配使用的LPO 模块，包括400G 和 800G 收发器。业内专家认为，随着北美云服务商对计算资源的需求增加，微软、Meta、AWS、Google等大公司将逐步采用LPO解决方案来提高数据传输效率、降低延迟。

LPO在发展过程中可能面临的关键挑战包括：

协作需求：LPO的部署需要LPO厂商和交换机厂商的密切协作，光模块厂商必须升级技术，确保上下游供应链的密切协作，推动整个行业的协作和创新。MSA 的首个规范于 2024 年底发布，概述了线性驱动模块的电气和光学参数，鉴于博通的先发优势，其指纹无处不在。他们还与 Arista 等公司合作，这些公司公开称赞博通的 LPO 解决方案在生产交换机中的节能效果。

传输距离短：LPO的设计消除了DSP组件，使得BER更高，限制了信号的传输距离，在长距离传输时，LPO可能不如传统光模块稳定。初期LPO可以在几米到几十米的距离内建立连接，未来传输距离可能延伸到500M。优化传输距离和加强系统的纠错机制是解决这个问题的关键。

标准化尚在早期：LPO的标准化进程尚在早期，技术的互操作性可能遇到一定的困难。目前LPO更适用于单一厂商的封闭系统。如果采用多厂商方案，内部集成能力不足，则可能导致系统不兼容、职责划分问题，这种情况下，传统基于DSP的方案可能还是更有优势。

电通道设计限制：LPO对系统侧电通道设计要求更高，目前SerDes主要采用112G规格，未来有望升级到224G；但LPO技术可能无法满足即将推出的224G SerDes的传输要求，可能限制其在未来大规模数据传输应用中的表现。

虽然LPO技术具有诸多潜力和优势，但要突破上述挑战并实现广泛应用，还需要更多的技术创新和行业合作。

结论

虽然线性驱动可插拔光模块（LPO）和共封装光模块（CPO）正在成为数据中心互连技术的未来趋势，但可插拔光模块仍然是业界的标准解决方案。随着数据中心对更高性能和更低延迟的需求不断增长，供应商推出了800G可插拔以太网和InfiniBand模块。这些模块能够提供高达每秒800千兆位的数据速率，为HPC应用提供关键的带宽支持。未来，随着技术的进一步发展和行业采用新技术，CPO和LPO可能会逐渐取代现有的可插拔光模块，尤其是在超大规模数据中心和高性能计算应用中。