12家巨頭聯(lián)手合作，打通LPO光模塊生態(tài)

  AI計(jì)算的負(fù)載暴增為數(shù)據(jù)中心的能耗控制帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，比如單卡功耗上千瓦的GPU，從風(fēng)冷改換至液冷的冷卻方案等等，就連光電互聯(lián)的功耗，也已經(jīng)成為棘手的問(wèn)題。單個(gè)光模塊的功耗并不算多，即便是隨著400G或800G的模塊逐一面世，其功耗最高也不過(guò)在30W左右。

  但對(duì)于單個(gè)系統(tǒng)而言，其接入的光模塊數(shù)量遠(yuǎn)不止一個(gè)，滿載的系統(tǒng)可能會(huì)接入數(shù)十個(gè)光模塊，功耗也會(huì)輕松突破千瓦，也就意味著光模塊的功耗很可能達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)功耗的40%左右。即便進(jìn)一步提升芯片工藝，也很難將光模塊的整體功耗壓下去。

  為了進(jìn)一步減少功耗和成本，廠商們開(kāi)始探索CPO和LPO這樣采用新式結(jié)構(gòu)的光模塊方案。然而CPO目前尚處于開(kāi)發(fā)早期階段，技術(shù)成熟度不高。且對(duì)于朝1.6T進(jìn)發(fā)的光模塊市場(chǎng)而言，已經(jīng)有了較為成熟的8*200G配置解決方案，足以有效滿足要求，而CPO更適合更高速的3.2T光模塊，所以需求上的缺失，使得CPO難以成為廠商們的首選。

  去除DSP芯片的LPO光模塊

  LPO光模塊全稱為線性驅(qū)動(dòng)的可插拔光模塊，是采用了低功耗設(shè)計(jì)的優(yōu)化版光模塊。在傳統(tǒng)的可插拔光模塊中，應(yīng)用于處理高速信號(hào)的DSP芯片助其實(shí)現(xiàn)了極低的誤碼率，但也帶來(lái)了極高的功耗。比如在一個(gè)400G的光模塊中，所用7nm工藝的DSP功耗在4W左右，這就占據(jù)了整個(gè)光模塊近乎一半的功耗，剩下的功耗再由驅(qū)動(dòng)、DRV和TIA來(lái)瓜分。

  所以在LPO光模塊的設(shè)計(jì)中，就去除了DSP芯片以及用于時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的CDR芯片，降低光模塊功耗的同時(shí)，也因?yàn)闇p少了信號(hào)路徑中的數(shù)字運(yùn)算和決策，從而降低了時(shí)延。而且相對(duì)傳統(tǒng)光模塊而言，由于砍掉了DSP芯片，單個(gè)模組的成本也有所降低，畢竟DSP芯片的技術(shù)往往掌握在一些大廠手中，光模塊廠商想要自研DSP芯片并大規(guī)模量產(chǎn)，存在較高的門檻。

  相對(duì)CPO而言，LPO依然保留了可插拔的特性，所以在易維護(hù)性上，肯定是要高于一體化的CPO方案。如果CPO系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很可能就要拆卸掉整個(gè)交換機(jī)，比起隨時(shí)可以熱插拔的LPO系統(tǒng)，替換和系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間都被大大減少了。

  但去除DSP芯片，采用線性驅(qū)動(dòng)的方式也不是毫無(wú)妥協(xié)的，因?yàn)樾盘?hào)補(bǔ)償性能縮水了，采用LPO光模塊的傳輸距離自然就受到了限制，所以應(yīng)用場(chǎng)景只限于50米以內(nèi)的連接，但對(duì)于目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的服務(wù)器和交換機(jī)而言，這樣的傳輸距離已經(jīng)足以滿足需求。

  目前400G乃至800G的LPO光模塊已經(jīng)在去年實(shí)現(xiàn)了小批量出貨，從預(yù)測(cè)來(lái)看，LPO光模塊可能會(huì)在今年年底迎來(lái)大規(guī)模商業(yè)出貨。

  LPO后續(xù)開(kāi)發(fā)普及面臨的挑戰(zhàn)

  即便LPO存在如此多的優(yōu)勢(shì)，但從各大廠商的路線圖來(lái)看，LPO也并不是他們的唯一選擇。這是因?yàn)長(zhǎng)PO的后續(xù)開(kāi)發(fā)依然存在著不少阻力，且并不完全來(lái)自技術(shù)上。首先就是生態(tài)的問(wèn)題。

  要想LPO能夠用在各大廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，LPO光模塊供應(yīng)商和交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商之間就需要打通產(chǎn)品之間的互操作性。畢竟LPO并非CPO那樣的一體化方案，如果不能打通生態(tài)的話，對(duì)于數(shù)據(jù)中心的設(shè)備采購(gòu)而言會(huì)帶來(lái)阻礙，從而影響LPO光模塊的大規(guī)模普及。

  其次，就是傳輸距離的問(wèn)題，盡管在目前絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心中，50米左右的距離已經(jīng)足以滿足大多數(shù)服務(wù)器機(jī)柜和交換機(jī)之間的部署規(guī)劃，但未來(lái)隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，LPO必須進(jìn)一步提到其可用傳輸距離。

  最后就是電氣通道的設(shè)計(jì)問(wèn)題，目前的主流SerDes規(guī)范為112G，但隨著傳輸速率要求的逐步增長(zhǎng)，很快就會(huì)突破至224G。而以目前的行業(yè)普遍觀點(diǎn)而言，LPO難以做到224G的SerDes傳輸，這就很可能會(huì)限制LPO在超高速光模塊上的設(shè)計(jì)和普及。

  12家巨頭聯(lián)合定義LPO

  對(duì)于傳統(tǒng)的光模塊來(lái)說(shuō)，為了確保互操作性，靠的正是MSA多源協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，MSA不僅定義了外形尺寸，還定義了光電接口，從而降低網(wǎng)絡(luò)搭建成本，防止市場(chǎng)被壟斷。傳統(tǒng)光模塊中的CSFP、QSFP、CFP、OSFP等，都是由此而來(lái)。

  3月21日，來(lái)自網(wǎng)絡(luò)、半導(dǎo)體和光學(xué)領(lǐng)域的12大行業(yè)領(lǐng)頭羊聯(lián)合成立了LPO MSA（多源協(xié)議組織），用于定義支持互操作的LPO解決方案。LPO MSA成員包括光迅科技、AMD、Arista、博通、思科、新易盛、海思、旭創(chuàng)科技、英特爾、MACOM、英偉達(dá)和Semtech。

  MSA的首個(gè)目標(biāo)是在鏈路兩端使用LPO光模塊實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化的光互聯(lián)，LPO MSA的規(guī)范將從光電要求上給出定義，確保多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和光模塊供應(yīng)商之間的互操作性。不僅如此，對(duì)于開(kāi)發(fā)者擔(dān)心的魯棒性問(wèn)題，LPO MSA也會(huì)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的規(guī)范為這個(gè)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供同樣的魯棒性。

  如此一來(lái)，LPO缺少生態(tài)的問(wèn)題就得到了解決，任何交換機(jī)或NIC上的LPO MSA兼容接口，都可以與各家的LPO MSA兼容光模塊搭配使用。除了LPO-TO-LPO規(guī)范外，LPO MSA還進(jìn)一步制定了路線圖，用于解決LPO模塊與重定時(shí)模塊、線性接收光模塊（LRO）以及多模光纖（MMF）的連接問(wèn)題。

  寫在最后

  CPO的實(shí)現(xiàn)需要大量的光學(xué)技術(shù)儲(chǔ)備，而且其2.5D封裝要求也致使CPO很可能會(huì)對(duì)特定制造商廠商依賴，從而影響該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。為此，LPO很有可能成為未來(lái)光模塊的主流方案之一，如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光模塊和芯片廠商之間聯(lián)合推動(dòng)的話，甚至有可能占據(jù)一半以上的市場(chǎng)份額。

  LPO MSA的成立無(wú)疑為L(zhǎng)PO光模塊解決了最大的落地難題，也側(cè)面說(shuō)明了設(shè)備廠商對(duì)于LPO光模塊的前景十分看好。隨著第一版規(guī)范預(yù)計(jì)于今年第三季度發(fā)布，相信LPO從明年開(kāi)始，會(huì)逐漸成為數(shù)據(jù)中心光模塊中的?？?。