大家好，我是小棗君。

今天這篇文章，我們來聊一個最近非常火的光通信概念 ——LPO。

近年來，光通信產業的發展勢頭很猛。

在 5G、寬帶中國、東數西算等國家戰略的持續刺激下，國內光通信技術取得了巨大突破，光基礎設施也有了質的飛躍。

特別是今年，AIGC 大模型爆火，智算和超算崛起，更是帶動了光通信的新一波發展熱潮。骨干網 400G 即將全面落地，數據中心 800G 和 1.6T 也躍躍欲試。

█ 光通信演進的挑戰

其實，光通信的技術迭代，并不是簡單的數字翻倍。

進入 400G 階段后，我們要解決的問題，不僅僅是速率的提升，更包括高速率所帶來的功耗和成本問題。

速率提升就像汽車運貨。當運載的貨物越來越重，就需要升級發動機。而發動力的排量越大，油耗就越大，發動機價格和油費也會越多。

我們就以光模塊為例。

作為光網絡的關鍵器件，也是用得最多的器件，光模塊一直以來都是行業關注的焦點。它的功耗和價格，和用戶采購意愿息息相關。

早在 2007 年的時候，一個萬兆（10Gbps）的光模塊，功率才 1W 左右。

隨著 40G、100G、400G、800G 的迭代，光模塊的功耗一路飆升，直逼 30W。

要知道，一個交換機可不止一個光模塊。滿載的話，往往就有幾十個光模塊（假如有 48 個，就是 48×30=1440W）。

一般來說，光模塊的功耗大約占整機功耗的 40% 以上。這就意味著，整機的功耗極大可能會超過 3000W。

光通信設備的能耗激增，也給整個數據中心的能耗及成本帶來了巨大的壓力，極不利于通信網絡的雙碳目標。

為了解決光通信速率攀升帶來的能耗問題，行業進行了大量的技術探索。

去年很火的 CPO，就是解決方案之一。

CPO 我之前專門進行過介紹（鏈接：到底什么是 NPO / CPO？），這里就不再詳細講了。

今年，在 CPO 之外，行業又提出了一個新方案，這就是 ——LPO。

█ 什么是 LPO

LPO，英文全稱叫 Linear-drive Pluggable Optics，即線性驅動可插拔光模塊。

從名字可以看出，它是一種光模塊封裝技術。

所謂“可插拔（Pluggable）”，我們平時看到的光模塊，都是可插拔的。

如下圖所示，交換機上有光模塊的端口，把對應的光模塊插進去，就能插光纖了。如果壞了，也可以換。

LPO 強調“可插拔”，是為了和 CPO 方案相區分。CPO 方案里，光模塊是不可以插拔的。光模塊（光引擎）被移動到了距離交換芯片更近的位置，直接“綁”在一起了。

那么，LPO 和傳統光模塊的關鍵區別，就在于線性驅動（Linear-drive）了。

所謂“線性驅動”，是指 LPO 采用了線性直驅技術，光模塊中取消了 DSP（數字信號處理）/CDR（時鐘數據恢復）芯片。

問題來了 —— 什么是線性直驅呢？DSP 發揮什么作用？為什么可以被取消？取消之后，會帶來什么影響？

這里，我們還是先從光模塊的基本架構開始講起。

在之前介紹相干光技術（鏈接）的時候，小棗君提到過，光模塊傳輸，就是電信號變成光信號，光信號又變成電信號的過程。

在發送端，信號經過數模轉換（DAC），從數字信號變成模擬信號。在接收端，模擬信號經過模數轉換（ADC），又變成數字信號。

一頓操作下來，得到的數字信號就有點亂，有點失真。這時候，需要 DSP，對數字信號進行“修復”。

DSP 就是一個跑算法的芯片。它擁有數字時鐘恢復功能、色散補償功能（去除噪聲、非線性干擾等因素影響），可以對抗和補償失真，降低失真對系統誤碼率的影響。

（注意：DSP 這個東西，也不是所有的傳統光模塊都有。但是，在高速光模塊中，對信號要求高，所以基本需要 DSP。）

除了 DSP 之外，光模塊中主要的電芯片還包括激光驅動器（LDD）、跨阻放大器（TIA）、限幅放大器（LA）、時鐘數據恢復芯片（CDR，Clock and Data Recovery）等。

CDR 也是用于數據還原。它從接收到的信號中提取出數據序列，并且恢復出與數據序列相對應的時鐘時序信號，從而還原接收到的具體信息。

DSP 的功能很強大。但是，它的功耗和成本也很高。

例如，在 400G 光模塊中，用到的 7nm DSP，功耗約為 4W，占到了整個模塊功耗的 50% 左右。

從成本的角度來看，400G 光模塊中，DSP 的 BOM（Bill of Materials，物料清單）成本約占 20-40%。

LPO 方案，就是把光模塊中的 DSP / CDR 芯片干掉，將相關功能集成到設備側的交換芯片中。

光模塊中，只留下具有高線性度的 Driver（驅動芯片）和 TIA（Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器），并分別集成 CTLE（Continuous Time Linear Equalization，連續時間線性均衡）和 EQ（Equalization，均衡）功能，用于對高速信號進行一定程度的補償。

如下圖所示：

█ LPO 的優點

LPO 的優點，歸納來說，就是：低功耗、低成本、低延時、易維護。

低功耗

沒有了 DSP，功耗肯定是下降了。

根據 Macom 的數據，具有 DSP 功能的 800G 多模光模塊的功耗可超過 13W，而利用 MACOM PURE DRIVE 技術的 800G 多模光模塊功耗低于 4W。

低成本

這個也不用說了。前面提到 DSP 的 BOM 成本約占 20-40%，這個就沒有了。

Driver 和 TIA 集成了 EQ，成本略有增加，但整體還是下降的。

有業界機構分析：800G 光模塊中，BOM 成本約為 600~700 美金，DSP 芯片的成本約為 50~70 美金。Driver 和 TIA 里集成了 EQ 功能，成本會增加 3~5 美金。算下來，系統總成本可以下降大約 8%，大約 50~60 美金。

值得一提的是，DSP 也是博通、Inphi 等少數廠商所掌握的技術。取消了 DSP，從某種程度上來說，也減少了對少數廠商的依賴。

低時延

沒有了 DSP，減少了一個處理過程，數據的傳輸時延也隨之下降。

這個優點，對于 AI 計算和超級計算場景尤為重要。

易維護

這是相對 CPO 方案來說的。

CPO 方案中，如果系統中任何一個器件壞了，就要下電，把整個板子換掉，維護起來很不方便。

LPO 的封裝沒有顯著改變，支持熱插拔，簡化了光纖布線和設備維護，使用上更加方便。

█LPO 的當前挑戰

通信距離短

去掉 DSP，當然還是有代價的。TIA 和 Driver 芯片并不能完全替代 DSP，所以，會導致系統的誤碼率提升。誤碼率高了，傳輸距離自然就短了。

行業普遍認為，LPO 只適用于特定的短距離應用場景。例如，數據中心機柜內服務器到交換機的連接，以及數據中心機柜間的連接等。

發展初級的 LPO，連接距離從幾米到幾十米。未來，可能會拓展到 500 米以內。

標準化剛起步

目前，LPO 的標準化還處于早期階段，在互聯互通上可能會存在一些挑戰。

對于企業來說，如果采用 LPO，那么，需要具備一定的技術能力，能夠制定技術規格和方案，能夠探索設備和模塊的邊界條件，能夠進行大量的集成、互聯互通測試。

換言之，LPO 目前更適合較為封閉和供應商單一的系統。如果采用多供應商，自己又沒有實力駕馭，那么，可能存在“問題較難界定，相互扯皮”的問題，還不如使用傳統 DSP 方案。

此外，也有專家指出，LPO 給系統側的電通道設計帶來了一定挑戰。目前 SerDes 主流規格是 112G，很快將升級到 224G。專家們認為，LPO 沒辦法跟上 224G SerDes 的要求。

█LPO 的產業化進展

LPO 方案其實之前就有企業提出過，但是因為技術限制，沒有做出什么成果。

今年的 OFC 大會上，LPO 再次被提出，很快成為行業關注的焦點。

AWS、Meta、微軟、谷歌等國際市場主要客戶，都對 LPO 表示了興趣。眾多光通信巨頭，也紛紛投入資源進行研發。

目前，中際旭創、新易盛、劍橋科技等公司，均推出了 800G LPO 解決方案。近期，應該已有企業實現了小規模出貨。

LPO 方案的關鍵，還是在于芯片。高線性度 TIA&Driver 的主要供應商，有 Macom、Semtech、美信等。

根據預測，2024 年，LPO 將實現規模商業化。行業里比較樂觀的機構認為，未來 LPO 能占據一半的市場份額。保守一些的機構則認為，CPO / LPO 的份額將在 2026 年達到 30% 左右。。

█結語

好啦，以上就是關于 LPO 的介紹。

LPO 的邏輯本質，就是平衡和取舍。它基于特定的應用場景（短距離），舍棄了 DSP / CDR，犧牲了一點性能（誤碼率），但是，換來了更低的功耗、成本和時延。

它和 CPO 各有所長，雖然誕生的時間比 CPO 更晚，但落地的速度，會比 CPO 更快。

按目前的趨勢，LPO 將是 800G 時代最具潛力的技術路線。

隨著 AIGC 浪潮的發展，數據中心光網絡將加速向 800G 演進。LPO 的黃金時代，即將到來。

—— The End ——

參考文獻：

• 1、《硅光在新一代 PON、800G 互聯和相干下沉應用及產業化》，潘棟；

• 2、《AI 時代的光通信機遇和挑戰》，李俊杰；

• 3、《LPO vs CPO 誰將主宰未來數據中心光互聯》，薛振峰；

• 4、《800G 光模塊，AI 算力底座》，興業證券；

• 5、《AI 算力時代，光模塊新技術演進路徑》，長城證券；

• 6、《LPO 技術是 800G 時代最具潛力路線 有望在 2024 年底迎來量產》，國盛證券；

• 7、《揭秘智算中心網絡建設新利器：LPO 技術的出現》，銳捷網絡；

• 8、《線性驅動光模塊專家交流會紀要》。

本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的到底什么是 LPO？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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