12家巨頭聯(lián)手合作，打通LPO光模塊生態(tài)

  AI計算的負載暴增為數(shù)據(jù)中心的能耗控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)，比如單卡功耗上千瓦的GPU，從風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)成為棘手的問題。單個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，其功耗最高也不過在30W左右。

  但對于單個系統(tǒng)而言，其接入的光模塊數(shù)量遠不止一個，滿載的系統(tǒng)可能會接入數(shù)十個光模塊，功耗也會輕松突破千瓦，也就意味著光模塊的功耗很可能達到整個系統(tǒng)功耗的40%左右。即便進一步提升芯片工藝，也很難將光模塊的整體功耗壓下去。

  為了進一步減少功耗和成本，廠商們開始探索CPO和LPO這樣采用新式結(jié)構(gòu)的光模塊方案。然而CPO目前尚處于開發(fā)早期階段，技術(shù)成熟度不高。且對于朝1.6T進發(fā)的光模塊市場而言，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)動的可插拔光模塊，是采用了低功耗設(shè)計的優(yōu)化版光模塊。在傳統(tǒng)的可插拔光模塊中，應(yīng)用于處理高速信號的DSP芯片助其實現(xiàn)了極低的誤碼率，但也帶來了極高的功耗。比如在一個400G的光模塊中，所用7nm工藝的DSP功耗在4W左右，這就占據(jù)了整個光模塊近乎一半的功耗，剩下的功耗再由驅(qū)動、DRV和TIA來瓜分。

  所以在LPO光模塊的設(shè)計中，就去除了DSP芯片以及用于時鐘數(shù)據(jù)恢復的CDR芯片，降低光模塊功耗的同時，也因為減少了信號路徑中的數(shù)字運算和決策，從而降低了時延。而且相對傳統(tǒng)光模塊而言，由于砍掉了DSP芯片，單個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CPO而言，LPO依然保留了可插拔的特性，所以在易維護性上，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交換機，比起隨時可以熱插拔的LPO系統(tǒng)，替換和系統(tǒng)停機時間都被大大減少了。

  但去除DSP芯片，采用線性驅(qū)動的方式也不是毫無妥協(xié)的，因為信號補償性能縮水了，采用LPO光模塊的傳輸距離自然就受到了限制，所以應(yīng)用場景只限于50米以內(nèi)的連接，但對于目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的服務(wù)器和交換機而言，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)在去年實現(xiàn)了小批量出貨，從預測來看，LPO光模塊可能會在今年年底迎來大規(guī)模商業(yè)出貨。

  LPO后續(xù)開發(fā)普及面臨的挑戰(zhàn)

  即便LPO存在如此多的優(yōu)勢，但從各大廠商的路線圖來看，LPO也并不是他們的唯一選擇。這是因為LPO的后續(xù)開發(fā)依然存在著不少阻力，且并不完全來自技術(shù)上。首先就是生態(tài)的問題。

  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，對于數(shù)據(jù)中心的設(shè)備采購而言會帶來阻礙，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)器機柜和交換機之間的部署規(guī)劃，但未來隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模持續(xù)擴張，LPO必須進一步提到其可用傳輸距離。

  最后就是電氣通道的設(shè)計問題，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，很快就會突破至224G。而以目前的行業(yè)普遍觀點而言，LPO難以做到224G的SerDes傳輸，這就很可能會限制LPO在超高速光模塊上的設(shè)計和普及。

  12家巨頭聯(lián)合定義LPO

  對于傳統(tǒng)的光模塊來說，為了確保互操作性，靠的正是MSA多源協(xié)議標準，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，防止市場被壟斷。傳統(tǒng)光模塊中的CSFP、QSFP、CFP、OSFP等，都是由此而來。

  3月21日，來自網(wǎng)絡(luò)、半導體和光學領(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、英偉達和Semtech。

  MSA的首個目標是在鏈路兩端使用LPO光模塊實現(xiàn)進一步優(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，對于開發(fā)者擔心的魯棒性問題，LPO MSA也會開發(fā)對應(yīng)的規(guī)范為這個光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供同樣的魯棒性。

  如此一來，LPO缺少生態(tài)的問題就得到了解決，任何交換機或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還進一步制定了路線圖，用于解決LPO模塊與重定時模塊、線性接收光模塊（LRO）以及多模光纖（MMF）的連接問題。

  寫在最后

  CPO的實現(xiàn)需要大量的光學技術(shù)儲備，而且其2.5D封裝要求也致使CPO很可能會對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)合推動的話，甚至有可能占據(jù)一半以上的市場份額。

  LPO MSA的成立無疑為LPO光模塊解決了最大的落地難題，也側(cè)面說明了設(shè)備廠商對于LPO光模塊的前景十分看好。隨著第一版規(guī)范預計于今年第三季度發(fā)布，相信LPO從明年開始，會逐漸成為數(shù)據(jù)中心光模塊中的?？?。