12家巨頭聯(lián)手合作,打通LPO光模塊生態(tài)

訊石光通訊網(wǎng) 2024/4/3 9:28:55

  AI計算的負載暴增為數(shù)據(jù)中心的能耗控制帶來了巨大的挑戰(zhàn),比如單卡功耗上千瓦的GPU,從風冷改換至液冷的冷卻方案等等,就連光電互聯(lián)的功耗,也已經(jīng)成為棘手的問題。單個光模塊的功耗并不算多,即便是隨著400G或800G的模塊逐一面世,其功耗最高也不過在30W左右。

  但對于單個系統(tǒng)而言,其接入的光模塊數(shù)量遠不止一個,滿載的系統(tǒng)可能會接入數(shù)十個光模塊,功耗也會輕松突破千瓦,也就意味著光模塊的功耗很可能達到整個系統(tǒng)功耗的40%左右。即便進一步提升芯片工藝,也很難將光模塊的整體功耗壓下去。

  為了進一步減少功耗和成本,廠商們開始探索CPO和LPO這樣采用新式結(jié)構(gòu)的光模塊方案。然而CPO目前尚處于開發(fā)早期階段,技術(shù)成熟度不高。且對于朝1.6T進發(fā)的光模塊市場而言,已經(jīng)有了較為成熟的8*200G配置解決方案,足以有效滿足要求,而CPO更適合更高速的3.2T光模塊,所以需求上的缺失,使得CPO難以成為廠商們的首選。

  去除DSP芯片的LPO光模塊

  LPO光模塊全稱為線性驅(qū)動的可插拔光模塊,是采用了低功耗設計的優(yōu)化版光模塊。在傳統(tǒng)的可插拔光模塊中,應用于處理高速信號的DSP芯片助其實現(xiàn)了極低的誤碼率,但也帶來了極高的功耗。比如在一個400G的光模塊中,所用7nm工藝的DSP功耗在4W左右,這就占據(jù)了整個光模塊近乎一半的功耗,剩下的功耗再由驅(qū)動、DRV和TIA來瓜分。

  所以在LPO光模塊的設計中,就去除了DSP芯片以及用于時鐘數(shù)據(jù)恢復的CDR芯片,降低光模塊功耗的同時,也因為減少了信號路徑中的數(shù)字運算和決策,從而降低了時延。而且相對傳統(tǒng)光模塊而言,由于砍掉了DSP芯片,單個模組的成本也有所降低,畢竟DSP芯片的技術(shù)往往掌握在一些大廠手中,光模塊廠商想要自研DSP芯片并大規(guī)模量產(chǎn),存在較高的門檻。

  相對CPO而言,LPO依然保留了可插拔的特性,所以在易維護性上,肯定是要高于一體化的CPO方案。如果CPO系統(tǒng)出現(xiàn)故障,很可能就要拆卸掉整個交換機,比起隨時可以熱插拔的LPO系統(tǒng),替換和系統(tǒng)停機時間都被大大減少了。

  但去除DSP芯片,采用線性驅(qū)動的方式也不是毫無妥協(xié)的,因為信號補償性能縮水了,采用LPO光模塊的傳輸距離自然就受到了限制,所以應用場景只限于50米以內(nèi)的連接,但對于目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的服務器和交換機而言,這樣的傳輸距離已經(jīng)足以滿足需求。

  目前400G乃至800G的LPO光模塊已經(jīng)在去年實現(xiàn)了小批量出貨,從預測來看,LPO光模塊可能會在今年年底迎來大規(guī)模商業(yè)出貨。

  LPO后續(xù)開發(fā)普及面臨的挑戰(zhàn)

  即便LPO存在如此多的優(yōu)勢,但從各大廠商的路線圖來看,LPO也并不是他們的唯一選擇。這是因為LPO的后續(xù)開發(fā)依然存在著不少阻力,且并不完全來自技術(shù)上。首先就是生態(tài)的問題。

  要想LPO能夠用在各大廠商的網(wǎng)絡設備中,LPO光模塊供應商和交換機等網(wǎng)絡設備制造商之間就需要打通產(chǎn)品之間的互操作性。畢竟LPO并非CPO那樣的一體化方案,如果不能打通生態(tài)的話,對于數(shù)據(jù)中心的設備采購而言會帶來阻礙,從而影響LPO光模塊的大規(guī)模普及。

  其次,就是傳輸距離的問題,盡管在目前絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心中,50米左右的距離已經(jīng)足以滿足大多數(shù)服務器機柜和交換機之間的部署規(guī)劃,但未來隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模持續(xù)擴張,LPO必須進一步提到其可用傳輸距離。

  最后就是電氣通道的設計問題,目前的主流SerDes規(guī)范為112G,但隨著傳輸速率要求的逐步增長,很快就會突破至224G。而以目前的行業(yè)普遍觀點而言,LPO難以做到224G的SerDes傳輸,這就很可能會限制LPO在超高速光模塊上的設計和普及。

  12家巨頭聯(lián)合定義LPO

  對于傳統(tǒng)的光模塊來說,為了確?;ゲ僮餍裕康恼荕SA多源協(xié)議標準,MSA不僅定義了外形尺寸,還定義了光電接口,從而降低網(wǎng)絡搭建成本,防止市場被壟斷。傳統(tǒng)光模塊中的CSFP、QSFP、CFP、OSFP等,都是由此而來。

  3月21日,來自網(wǎng)絡、半導體和光學領(lǐng)域的12大行業(yè)領(lǐng)頭羊聯(lián)合成立了LPO MSA(多源協(xié)議組織),用于定義支持互操作的LPO解決方案。LPO MSA成員包括光迅科技、AMD、Arista、博通、思科、新易盛、海思、旭創(chuàng)科技、英特爾、MACOM、英偉達和Semtech。

  MSA的首個目標是在鏈路兩端使用LPO光模塊實現(xiàn)進一步優(yōu)化的光互聯(lián),LPO MSA的規(guī)范將從光電要求上給出定義,確保多個網(wǎng)絡設備和光模塊供應商之間的互操作性。不僅如此,對于開發(fā)者擔心的魯棒性問題,LPO MSA也會開發(fā)對應的規(guī)范為這個光網(wǎng)絡系統(tǒng)提供同樣的魯棒性。

  如此一來,LPO缺少生態(tài)的問題就得到了解決,任何交換機或NIC上的LPO MSA兼容接口,都可以與各家的LPO MSA兼容光模塊搭配使用。除了LPO-TO-LPO規(guī)范外,LPO MSA還進一步制定了路線圖,用于解決LPO模塊與重定時模塊、線性接收光模塊(LRO)以及多模光纖(MMF)的連接問題。

  寫在最后

  CPO的實現(xiàn)需要大量的光學技術(shù)儲備,而且其2.5D封裝要求也致使CPO很可能會對特定制造商廠商依賴,從而影響該技術(shù)的大規(guī)模應用。為此,LPO很有可能成為未來光模塊的主流方案之一,如果網(wǎng)絡設備、光模塊和芯片廠商之間聯(lián)合推動的話,甚至有可能占據(jù)一半以上的市場份額。

  LPO MSA的成立無疑為LPO光模塊解決了最大的落地難題,也側(cè)面說明了設備廠商對于LPO光模塊的前景十分看好。隨著第一版規(guī)范預計于今年第三季度發(fā)布,相信LPO從明年開始,會逐漸成為數(shù)據(jù)中心光模塊中的常客。

新聞來源:電子發(fā)燒友

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