LPO與CPO：光互連技術(shù)的轉(zhuǎn)折與協(xié)同發(fā)展

光模塊、oDSP與交換機(jī)交換芯片是數(shù)據(jù)中心光互連的核心組件，而LPO（線性驅(qū)動(dòng)可插拔光學(xué)）和CPO（共封裝光學(xué)）的出現(xiàn)正推動(dòng)行業(yè)向更低功耗、更高密度演進(jìn)。

一、核心組件功能解析

1.光模塊：光電轉(zhuǎn)換的橋梁

光模塊是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與光信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、電信網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景。其核心功能包括：

光電轉(zhuǎn)換：發(fā)射端通過(guò)激光器將電信號(hào)調(diào)制為光信號(hào)，接收端通過(guò)探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

速率適配：支持從100G到1.6T的多速率標(biāo)準(zhǔn)（如QSFP-DD、OSFP等），滿足不同距離（50m至2km）的傳輸需求。

信號(hào)處理：傳統(tǒng)光模塊依賴DSP芯片進(jìn)行信號(hào)均衡、糾錯(cuò)和色散補(bǔ)償，例如400G光模塊中DSP功耗占比約50%。

2.oDSP：光模塊的“大腦”

oDSP（光數(shù)字信號(hào)處理器）是光模塊內(nèi)價(jià)值量最高的電芯片（占BOM成本20%-30%），其核心作用包括：

調(diào)制與解調(diào)：在數(shù)通場(chǎng)景中，PAM4oDSP通過(guò)4電平調(diào)制提升單通道速率（如50G/100G），并補(bǔ)償信號(hào)失真；在電信長(zhǎng)距場(chǎng)景中，CoherentoDSP采用相干調(diào)制（如QPSK）實(shí)現(xiàn)高靈敏度傳輸。

信號(hào)再生：通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理（如前向糾錯(cuò)FEC）恢復(fù)受損信號(hào)，確保長(zhǎng)距離傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

功耗痛點(diǎn)：800G光模塊中oDSP功耗約6-8W，成為光模塊功耗的主要來(lái)源。

3.交換機(jī)交換芯片：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的中樞交換芯片是交換機(jī)的核心，負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)幀的路由與轉(zhuǎn)發(fā)，其功能包括：

端口互聯(lián)：支持多端口高速連接（如112GSerDes），實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備間的低延遲數(shù)據(jù)交換。

協(xié)議處理：集成PAM4調(diào)制、CDR（時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)）和流量控制功能，確保信號(hào)完整性。

協(xié)同優(yōu)化：在LPO方案中，交換芯片需承擔(dān)部分原由oDSP實(shí)現(xiàn)的信號(hào)補(bǔ)償功能，如線性均衡和時(shí)鐘恢復(fù)。

二、LPO與CPO的技術(shù)突破及影響

1.LPO：可插拔架構(gòu)的降本增效

技術(shù)特點(diǎn)：

去DSP化：通過(guò)高線性度Driver/TIA芯片替代DSP，取消CDR和復(fù)雜數(shù)字處理，使800G LPO模塊功耗成本以及延遲大大降低。

兼容性：保留QSFP-DD/OSFP等可插拔封裝，支持熱插拔維護(hù)，適合短距（<2km）AI算力集群和成本敏感場(chǎng)景。

標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展：基于OIFCEI-112G-Linear-PAM4協(xié)議，已支持800G部分產(chǎn)品商用，但224GSerDes仍需進(jìn)一步驗(yàn)證和探索。

行業(yè)影響：

功耗革命：?jiǎn)螜C(jī)柜100個(gè)400GLPO模塊年省電費(fèi)超2000元（PUE1.5），散熱成本同步降低。

供應(yīng)鏈重構(gòu)：減少對(duì)Marvell/Broadcom等DSP廠商的依賴，推動(dòng)Driver/TIA芯片國(guó)產(chǎn)化。

場(chǎng)景局限：依賴交換機(jī)ASIC的信號(hào)補(bǔ)償能力，適合同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在異構(gòu)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中競(jìng)爭(zhēng)力較弱。

2.CPO：共封裝架構(gòu)的性能躍升

技術(shù)路徑：

近封裝演進(jìn)：從NPO（光學(xué)引擎與芯片同板）到CPO（芯片與光引擎共封裝），信號(hào)傳輸距離從10cm縮短至毫米級(jí)，功耗降低30%-50%。

集成形態(tài)：分為A型（2.5D封裝）、B型（Chiplet封裝）和C型（3D封裝），逐步實(shí)現(xiàn)硅光芯片與交換ASIC的深度融合。

硅光核心：CPO依賴硅光技術(shù)實(shí)現(xiàn)高密度光器件集成，預(yù)計(jì)2030年硅光市場(chǎng)份額將達(dá)60%。

行業(yè)影響：

性能提升：1.6TCPO系統(tǒng)可支持51.2T總帶寬，延遲降至亞納秒級(jí)，滿足AI訓(xùn)練集群的超高帶寬需求。

生態(tài)挑戰(zhàn)：初期依賴專有設(shè)計(jì)（如NVIDIAQuantum-X），缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且光引擎故障需整機(jī)更換，運(yùn)維成本高。

市場(chǎng)分化：CPO主要用于縱向擴(kuò)展（scale-up）網(wǎng)絡(luò)（如多機(jī)柜AI集群），而橫向擴(kuò)展（scale-out）仍依賴可插拔模塊。

三、未來(lái)趨勢(shì)與技術(shù)博弈

1.多技術(shù)共存：

LPO主導(dǎo)中短期：2025-2027年，LPO在AI算力集群和中小數(shù)據(jù)中心快速滲透，預(yù)計(jì)2027年新增超800萬(wàn)個(gè)1.6TLPO端口。

CPO長(zhǎng)期潛力：2030年后，隨著硅光工藝成熟和生態(tài)完善，CPO在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心逐步商用，尤其在100T+速率場(chǎng)景。

傳統(tǒng)模塊延續(xù)：DSP方案仍將在長(zhǎng)距、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主流，且通過(guò)Link Optimized-DSP優(yōu)化功耗。

2.技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新：

硅光融合：硅光技術(shù)同時(shí)支撐LPO（降低Driver/TIA成本）和CPO（實(shí)現(xiàn)高密度集成），成為兩者的底層技術(shù)基礎(chǔ)。

封裝突破：3D封裝和TSV（硅通孔）技術(shù)推動(dòng)CPO向C型演進(jìn)，進(jìn)一步縮小體積并提升散熱效率。

標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：IEEE802.3和OIF的推進(jìn)，將加速LPO的互聯(lián)互通；而CPO需建立開(kāi)放生態(tài)以解決兼容性問(wèn)題。

3.產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)：

芯片廠商：Marvell/Broadcom在DSP領(lǐng)域仍具優(yōu)勢(shì)，但需應(yīng)對(duì)LPO的沖擊；NVIDIA/Intel通過(guò)CPO整合硅光與ASIC，強(qiáng)化系統(tǒng)級(jí)競(jìng)爭(zhēng)力。

光模塊廠商：中際旭創(chuàng)、新易盛等積極布局LPO/CPO，但需平衡技術(shù)投入與市場(chǎng)需求，避免過(guò)早押注單一方案。

代工廠：臺(tái)積電、意法半導(dǎo)體等加大硅光產(chǎn)能，推動(dòng)CPO規(guī)模化生產(chǎn)。

四、總結(jié)

LPO和CPO的出現(xiàn)標(biāo)志著光互連技術(shù)從“可插拔主導(dǎo)”向“集成化演進(jìn)”的轉(zhuǎn)折。LPO以低功耗、易部署的特點(diǎn)成為中短期主流，而CPO憑借極致性能代表長(zhǎng)期方向。兩者的博弈將推動(dòng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)向更高效、更智能的方向發(fā)展，同時(shí)也為硅光、先進(jìn)封裝等底層技術(shù)帶來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。未來(lái)，多技術(shù)路線的協(xié)同發(fā)展將成為行業(yè)常態(tài)，而標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與生態(tài)合作將是決定技術(shù)落地速度的關(guān)鍵。