11/23/2023，光纖在線訊，摘要：隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)向太比特速率擴(kuò)展，諸如同封裝光學(xué)（CPO）之類的新型光互連架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，以高效的方式提供所需帶寬。本文檢視CPO背后的動機(jī)，它在光互聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）最近發(fā)布的CPO模塊標(biāo)準(zhǔn)中的實現(xiàn)情況，以及可能的采用障礙以闡明CPO的概念及其相對現(xiàn)有的插裝光模塊的優(yōu)勢。盡管CPO承諾顯著的功率降低，但圍繞供應(yīng)商鎖定、可靠性和插裝產(chǎn)品的持續(xù)進(jìn)步等問題仍存在疑慮。但標(biāo)準(zhǔn)的制定對CPO成為顛覆性光技術(shù)邁出了重要一步。

簡介：

     數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)持續(xù)擴(kuò)展以跟上云計算、5G、AI等帶寬密集型應(yīng)用推動的數(shù)據(jù)強(qiáng)需求的世界。隨著速率從400G提升到800G再到1.6T及以上，現(xiàn)有的電氣和光互連面臨提供所需帶寬的能效挑戰(zhàn)，推動了CPO等新型光互連架構(gòu)的出現(xiàn)。

     CPO通過在交換機(jī)ASIC旁緊密集成光引擎來最小化互聯(lián)損耗和延遲，有別于傳統(tǒng)通過電氣跡線將信號路由到前面板的插裝光模塊的做法。如文中所述，相比插裝模塊，CPO可將每比特能耗降低5倍或更多。但CPO的實現(xiàn)伴隨集成、熱管理和供應(yīng)商鎖定等挑戰(zhàn)。

     本文檢視CPO的動機(jī)、在OIF最近發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中的實施情況，及可能的采用障礙。盡管業(yè)內(nèi)對CPO和插裝產(chǎn)品路線圖存在疑問，但標(biāo)準(zhǔn)的制定是這項潛在顛覆性技術(shù)邁出的重要一步。

采用CPO技術(shù)的動機(jī)

     CPO技術(shù)主要解決數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中存在的帶寬和功耗瓶頸，特別是交換機(jī)與光模塊之間的互連環(huán)節(jié)。隨著速率進(jìn)入太比特時代，現(xiàn)有插裝模塊的能耗低效已越來越不可持續(xù)。

     如文中圖1所示，插裝光模塊需要信號在交換機(jī)ASIC和前面板模塊之間經(jīng)過長PCB跡線傳輸，依靠功率密集型SerDes，每400G以太網(wǎng)交換機(jī)功耗可達(dá)100W（數(shù)據(jù)來源Synopsys）。


圖1：CPO演進(jìn)圖  來源：Synopsys

     CPO通過在硅片間器件或多芯片模塊上集成光引擎與交換機(jī)ASIC實現(xiàn)了超短的低損耗互連，大幅降低了功耗。CPO可將每比特能耗降低到3pJ以下，較插裝模塊低5倍。

     此外，CPO通過集成多個并行光學(xué)組件可實現(xiàn)更高的帶寬密度，并通過更緊密的集成降低延遲。這些優(yōu)勢使其成為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的一種有吸引力的選擇。

CPO技術(shù)的OIF標(biāo)準(zhǔn)

     為實現(xiàn)不同供應(yīng)商CPO模塊間的互操作性，需要制定標(biāo)準(zhǔn)。光互聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）近期發(fā)布了涵蓋3.2Tb/s CPO模塊的實施協(xié)議。

     如圖2所示，OIF標(biāo)準(zhǔn)定義了一個搭載8個400Gb/s光接口，支持FR4和DR4模式的CPO模塊，可實現(xiàn)每毫米140Gb/s的高密度。主機(jī)接口為32條112Gb/s超短距離SerDes通道，向下兼容50Gb/s。


圖2：光互連演進(jìn)圖  來源：ASE

OIF CPO標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵點包括：

- 高密度8x400Gb/s光接口
- FR4和DR4模式支持不同的光纖/信道配置
- 32條112Gb/s超短距離主機(jī)電接口
- 向后兼容56Gb/s主機(jī)接口
- 支持光學(xué)引擎和銅纜組裝

     通過定義數(shù)據(jù)速率、覆蓋范圍、光纖模式和主機(jī)接口方面的互操作規(guī)范，OIF標(biāo)準(zhǔn)有助于多供應(yīng)商CPO生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，是推進(jìn)CPO廣泛采用的重要一步。

CPO技術(shù)的采用障礙

     盡管具有重大效益，CPO的推廣面臨諸多潛在障礙，如可靠性、集成復(fù)雜度、供應(yīng)商鎖定，以及插裝產(chǎn)品的持續(xù)進(jìn)步。

     關(guān)鍵問題之一是故障模式和更換。由于CPO模塊集成了多個高速鏈路，任何故障都需要更換整個交換機(jī)主板，而不僅是換一個插裝模塊。高功率密度也帶來熱管理難題。

     供應(yīng)商鎖定也是一個問題。大型數(shù)據(jù)中心用戶傾向開放的插裝模塊市場，如果CPO將其鎖定指定交換機(jī)供應(yīng)商可能會遇阻。CPO的開發(fā)與交換機(jī)ASIC路線圖對齊也存在挑戰(zhàn)。

     最后，插裝產(chǎn)品成本和性能持續(xù)改進(jìn)，行業(yè)可能會比預(yù)期延長插裝產(chǎn)品的使用周期。但從長遠(yuǎn)來看，CPO在實現(xiàn)太比特速率方面似乎勢在必行。

總結(jié)

     CPO在提升帶寬密度、功耗效率和降低延遲等方面給下一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)帶來重大效益。OIF的CPO模塊標(biāo)準(zhǔn)有助形成互操作生態(tài)。但在集成、供應(yīng)商鎖定、可靠性和插裝產(chǎn)品更新等方面仍面臨采用挑戰(zhàn)。如果能夠克服這些困難，CPO可能會成為1.6Tb/s及以上速率的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中的顛覆性光技術(shù)。業(yè)界對CPO的熱情和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展都是積極的象征。

（來源：逍遙科技）