近年来，光通信产业发展迅速，尤其是在5G和AI的推动下，光通信技术取得了重大突破，光基础设施也取得了质的飞跃。特别是今年AIGC大型模型变得流行，智能计算和超级计算上升，这导致了光通信的新的发展浪潮。主干网400G即将全面部署，数据中心800G和1.6T也渴望尝试。

光通信演变的挑战

实际上，光通信的技术迭代并不是简单的数字翻倍。进入400G阶段后，我们不仅要解决速率的提高，还要解决高速带来的耗电和成本问题。速率的提高就像卡车送货一样，当货物越来越重时，你需要升级发动机，引擎位移越大，燃料消耗和引擎价格及燃料成本也将增加。我们以光模块为例。光模块作为光学网络的关键器件和最常用的器件，一直是业界关注的焦点。其耗电量和价格与用户购买意愿密切相关。早在2007年，一个10Gbps的光模块只有大约1W的功率。40G、100G、400G和800G随着速率不断提升，光模块的耗电量激增，单只800G光模块功耗达到十几瓦。重要的是要认识到每个交换机需要多个光模块，如果是满载的，通常有几十个光模块(如果有48个，每个15W则为48×15=720W)。一般来说，光模块的耗电量占整个机器耗电量的40%或更多。这意味着整个机器的耗电量很可能超过1500W。光通信设备的能源消耗激增也给整个数据中心的能源消耗和成本带来了巨大压力，这对通信网络的碳达峰、碳中和目标是非常不利的。

与2010年相比，光学器件的能耗将增加26倍。为了解决光通信率上升带来的能耗问题,业界进行了大量的技术探索。去年流行的CPO是解决方案之一。今年， 除了 CPO，行业提出了一个新方案--LPO。

什么是LPO

LPO，英文全名叫线性驱动可插拔光学。从名称上可以看出，它是一种光模块封装技术。如图所示，在交换机上有光模块端口，将相应的光模块插入其中，然后把光纤插到光模块上。如果坏了，可以很方便地进行更换。

LPO强调"可插拔"，以区分CPO解决方案，在CPO解决方案中，光模块是不能插入的，需要将光模块(光引擎)移动到更靠近交换芯片的位置，并直接与之"tied"。

LPO与传统光模块的关键区别在于线性驱动器。所谓的"线性驱动"是指LPO将光模块中的DSP/CDR芯片取消，采用线性直接驱动技术。

那么，什么是线性直接驱动？DSP的作用是什么？为什么它可以被取消？为什么要取消？移除的影响是什么？

让我们从光模块的基本结构开始。光模块传输，也就是将电信号转换为光学信号，将光学信号转换为电信号的过程。

在传输端，信号通过一个DAC，它把数字信号变成模拟信号。在接收端，模拟信号经过ADC，再次变成数字信号。经过一次操作，得到的数字信号有点混乱和扭曲。此时，需要DSP对数字信号"修复"。DSP是一种芯片运行算法。它具有数字时钟恢复功能和色散补偿功能(消除噪声、非线性干扰等因素)，可以抵抗和补偿系统的变形，减少系统的影响。

(注:并非所有传统光模块都有DSP。然而,在高速光模块中,对信号的要求很高,因此基本上需要DSP。)

DSP非常强大。然而，它也具有较高的耗电量和成本。例如，在 400G光模块 使用7nm DSP， 耗电量约为4W， 约占整个模块耗电量的50%。从成本的角度看，400G光模块中的DSP的BOM成本约占20-40%。LPO方案是将光模块中的DSP/CDR芯片取出，并将相关功能集成到器件端的交换机芯片中。在光模块中,只剩下高线性的驱动器和TIA，分别集成了CTLE和EQ功能，用于在一定程度上补偿高速信号。

LPO的优势

其优点是低耗电、低成本、低延迟、易于维护。

低耗电量：没有DSP，耗电量肯定会下降。根据MACOM的数据，具有DSP功能的800G多模光模块的耗电量可超过13W，而采用MACOM纯驱动技术的 800G多模光模块功耗小于4W。低成本：如前所述，DSP的BOM成本约占20-40%，这一成本被取消。驱动器和TIA集成了EQ，这略微增加了成本，但总体成本仍然降低。值得一提的是，DSP也是一些少数制造商如博通和inphi所掌握的技术，取消DSP也在一定程度上降低了对少数制造商的依赖。

延迟时间低：如果没有DSP，一个处理步骤就会减小，数据传输延迟也会减小。这种优势对于人工智能计算和超级计算场景尤为重要。

易于维护：这与CPO解决方案有关。在CPO解决方案中，如果系统中的任何设备发生故障，您必须关闭并替换整个主板，这对维护来说很不方便。LPO的封装变化不大，支持热插拔便于维护，使用方便。

LPO目前面临的挑战

短距离通信

移除DSP是要付出代价的。TIA和驱动芯片不能完全取代DSP，因此系统的BER会增加。随着BER的提高，传输距离自然会缩短。业界普遍认为LPO只适合于特定的短距离应用场景。例如,数据中心柜中服务器和交换机之间的连接，以及数据中心柜之间的连接。LPO最初的发展可以把几米到几十米的距离连接起来。将来,或许它可能会延伸到500米以内。

标准化才刚刚开始

目前LPO的标准化仍处于早期阶段，在互操作性方面可能存在一些挑战。对于企业来说,如果采用LPO，它们需要具备一定的技术能力，能够制定技术规格和解决方案，能够探索装置和模块的边界条件，能够进行大量集成和互操作性测试。换句话说，LPO目前更适合于相对封闭的单一供应系统。如果使用多个供应商，而它们又没有能力控制这些供应商，可能会出现"难以规范、相互逃避"等问题，这比使用传统的DSP解决办法更糟。此外，一些专家还指出，LPO对系统端的电力通道设计提出了一些挑战。目前的主流规格为112G，很快将升级为224G。目前来看，LPO无法满足224G的要求。

LPO的工业化进程

实际上，一些公司以前已经提出了LPO解决方案，但由于技术上的限制，没有取得任何成果。在今年的OFC会议上，LPO再次被提出，并很快成为业界关注的焦点。 AWS、Meta、Microsoft、Google等都表示了对LPO的兴趣。许多光通信巨头也在研发方面投入了资源。目前高线性TIA及驱动器的主要供应商有Macom、 Semtech、Maxlinear等。根据预测，到2024年将实现大规模商业化。该行业较为乐观的推断，未来LPO可以占据市场份额的一半。较为保守的推断，到2026年，CPO/LPO的比例将达到30%左右。

结论

LPO是一种平衡和妥协的技术。它适应特定的应用场景(短距离)，放弃了DSP/CDR，从而导致性能的轻微损失(BER差)。然而，它也减少了电力消耗，成本和延迟。虽然它比CPO出现得晚，但它的部署速度可以做到比CPO快。它的优缺点同CPO相比如下：

本文转载自微信公众号《阿光聊光》。