ADOP带你了解：LPO vs CPO：谁是数据中心光互连的领跑者？

在不断扩大的数据中心领域，速度和效率至关重要，光互连的主导地位之争已经到了关键时刻。激光相控振荡器（LPO）和相干相控振荡器（CPO）这两项强大的技术已成为彻底改变数据中心光互连竞赛的主要竞争者。本文深入探讨了 LPO 和 CPO 的复杂性，探讨了它们的独特功能、优势和挑战。

CPO 和 LPO 的兴起

一个10Gb光模块的功耗只有1W左右。随着400G和800G光模块的升级，光模块的功耗飙升，逼到了30W。一个交换机可以有多个光模块。如果满载，往往有几十个光模块（如果有48个，则为48×30=1440W）。光模块的功耗约占整机功耗的40%以上。整机功耗可能超过3000W。光通信设备能耗的激增也给整个数据中心的能耗和成本带来了巨大的压力，降低能耗和成本迫在眉睫，因此出现了CPO/LPO解决方案。

CPO/LPO的出现迅速成为光模块行业的两大流行语，各大厂商纷纷加快布局相应方案。

什么是 CPO？ 

CPO（Co-Packaged Optics）即共包装光学技术，是一种新兴的数据中心光互连解决方案。它的核心思想是将光学组件（如激光器、调制器等）与电子芯片（如交换芯片）紧密集成在一起。这种集成方式可以显著减少光信号在电子和光学部件之间传输的距离，从而降低延迟和功耗，提高数据传输速率。

在传统的数据中心网络中，光模块通常是作为独立的组件插入到交换机的端口中。而在CPO技术中，光学组件被直接封装在交换机芯片旁边，这样可以减少光信号转换为电信号的次数，因为在芯片内部的传输主要是电信号。这种方式不仅提高了传输效率，还有助于缩小设备体积，使得数据中心的布局更加紧凑。

CPO技术的另一个优势是它能够支持更高的带宽。随着数据中心对于速度和带宽需求的不断增长，CPO提供了一种有效的途径来满足这些需求，尤其是在处理大量数据和高性能计算任务时。

CPO技术开发

具体而言，可持续技术路线可以在开关硅光子学技术的两个开发阶段实施：

第 1 阶段：近封装光学 （NPO） 技术。该技术可在共封装光学器件 （CPO） 生态系统准备就绪之前的最短时间内提供低成本、低功耗的优势。

第 2 阶段：CPO 技术。这是开关硅光子学技术的最终形式，可以最大限度地降低网络成本和功耗。

光引擎执行开关网络的光/电转换功能。它最常见的是可插拔形式。随着技术的发展，新的产品形态应运而生。CPO形式将开关芯片和光引擎组装在一个插槽中，实现了芯片和模块的共同封装。NPO形式将光学引擎和开关芯片解耦，并将它们组装在同一块系统板上。光电模块虽然以两种形式存在，但它封装在不同的位置，相应的布线距离不同，功耗也不同。

CPO的优势

设想在最先进的电信基础设施中的场景，其中空间优化和电源效率对于支持不断增长的数据流量和速度至关重要。CPO 的集成使系统能够通过更快、更可靠的通信提供卓越的性能，同时也为在不断发展的网络技术环境中实现精简、节能的设计铺平了道路。以下是 CPO 的优势。

• 增强的信号完整性： 通过大幅缩短车载电信号的传输距离，CPO 显著减少了对信号补偿的需求。这一进步促进了更通用的 PCB 设计，从而实现了更大的设计自由度和更高的性能。

• 设计紧凑，集成度高： 与传统的光模块和电子芯片单独封装相比，CPO将光子和电子元件集成在同一封装框架中的方法可以减小尺寸。这种紧凑性特别有利于高密度集成电路中的应用，因为在这些应用中，空间非常宝贵。

• 减少延迟： 利用CMOS工艺集成电气和光学器件可降低功耗，从而比传统的LPO技术有所改进。由于光模块和电子芯片都封装在单个封装中，因此缩短了信号传输路径，与单独的封装方法相比，可以显著降低延迟。

LightCounting在其2022年12月的报告中表示，AI对网络速率的需求是当前速率的10倍以上，在此背景下，CPO有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低50%，这将有效解决高速、高密度互联传输难的问题。国内厂商也在进一步开发CPO技术。

什么是 LPO？

LPO，即线性驱动可插拔光学技术，是一种用于数据中心光互连的技术。它采用线性驱动架构，通过简化传统光模块中的组件，如去除数字信号处理器（DSP）和时钟数据恢复（CDR）芯片，从而减少了功耗和系统内的延迟。