今天這(zhè)篇文(wén)章(zhāng®✘'¥)，我們來(lái)聊一(yī)個(gè)♦✔最近(jìn)非常火(huǒ)的(de)光(guāng)通(tōng'γ ₽)信概念——LPO。
近(jìn)年(nián)來(lái)，光(guāng)♦ 通(tōng)信産業(yè)的(de)發展勢頭δ™很(hěn)猛。
在5G、寬帶中國(guó)、東(dōng)數(shù)西(xī)算(ββsuàn)等國(guó)家(jiā)戰略的(de)持續刺激下(xià)，國(g₽→uó)內(nèi)光(guāng)通(tōng)信技(jì)術&λδ↓(shù)取得(de)了(le)巨大(dà)突破，≥α光(guāng)基礎設施也(yě)有(yǒu)了(le)質的(de)飛(≥∑fēi)躍。
特别是(shì)今年(nián)，AIGC大(dà)模型爆火(huǒ)Ωδ☆，智算(suàn)和(hé)超算(suàn)崛起，更是(shì α)帶動了(le)光(guāng)通(tōng)信的(de¶<φ♠)新一(yī)波發展熱(rè)潮。骨幹網400G即将ΩΩ₽全面落地(dì)，數(shù)據中心800←&G和(hé)1.6T也(yě)躍躍欲試。
OSPF的(de)演進（來(lái)源：Arista Netwo×♦rk）
█ 光(guāng)通(tōng)信演進的(de)挑戰
其實，光(guāng)通(tōng)信的(d ∏∞✔e)技(jì)術(shù)叠代，并不(bù)是(shì)簡單的(↕∑de)數(shù)字翻倍。
進入400G階段後，我們要(yào)解決的(de ≤✔)問(wèn)題，不(bù)僅僅是(shì)速率的(dδ₽↕e)提升，更包括高(gāo)速率所帶來(lá≥♠φ☆i)的(de)功耗和(hé)成本問(wèn)題。
速率提升就(jiù)像汽車(chē)運貨。當運載的(de)貨物(wù)越來(l♠α♣'ái)越重，就(jiù)需要(yào)升↓¥級發動機(jī)。而發動力的(de)排量越大(dà)，油耗就(jiù) δγ≤越大(dà)，發動機(jī)價格和(hé)油費≤←™(fèi)也(yě)會(huì)越多(duō)。
我們就(jiù)以光(guāng)模塊為(w >&♦èi)例。
作(zuò)為(wèi)光(guāng)網絡的(de)關鍵器(qα♣€ì)件(jiàn)，也(yě)是(shì)用↑£₽(yòng)得(de)最多(duō)的(de)器 &(qì)件(jiàn)，光(guāng)模塊一(yī)直以來(lái•☆)都(dōu)是(shì)行(xíng)業(yè)關注的£∏(de)焦點。它的(de)功耗和(hé)價格，和(h¶ é)用(yòng)戶采購(gòu)意願息息相(xiàng)關。
光(guāng)模塊
早在2007年(nián)的(de)時(shí)候，一(y"&•&ī)個(gè)萬兆（10Gbps）的(de)光(guāng)模塊，ε★功率才1W左右。
随著(zhe)40G、100G、400G、800G的(de)叠代，光(guāσ"®₩ng)模塊的(de)功耗一(yī)路(lù)飙升，直逼30W。
要(yào)知(zhī)道(dào)，一(yī)個(gè)交> 換機(jī)可(kě)不(bù)止一(yī)個(gè)光(guāng)模塊∏γ。滿載的(de)話(huà)，往往就(jiù)有(₹↑yǒu)幾十個(gè)光(guāng)模塊（假>÷✘₹如(rú)有(yǒu)48個(gè)，就(jiù)是§ (shì)48×30=1440W）。
一(yī)般來(lái)說(shuō)，光(guāng)模塊的(de)功耗大(dà)約占整機(jī)功耗的(de)40%以上∞≤ (shàng)。這(zhè)就(jiù)意味著(zhe)，整機(jī)的(dβ↔™e)功耗極大(dà)可(kě)能(néng)會(h♦±uì)超過3000W。
光(guāng)通(tōng)信設備的(de)能(néng)耗激增，↔™β也(yě)給整個(gè)數(shù)據中心的(de)能(néng)耗及₽☆↔ε成本帶來(lái)了(le)巨大(dà)的(d$π£e)壓力，極不(bù)利于通(tōng)信網絡的(de)雙碳目标。
相(xiàng)比2010年(nián)，光(guāng)器(©€γ∞qì)件(jiàn)能(néng)耗将增加26π§₹€倍。
（圖片來(lái)自(zì)思科(kē)）
為(wèi)了(le)解決光(guāng)通(tōngα≠↕♦)信速率攀升帶來(lái)的(de)能(né≠→♥ng)耗問(wèn)題，行(xíng)業(yè)進行(xíng)±ββ₩了(le)大(dà)量的(de)技(jì)術(shù)探索。
去(qù)年(nián)很(hěn)火(huǒ)的(de)CPO，就(±¶jiù)是(shì)解決方案之一(yī)。
CPO我之前專門(mén)進行(xíng)過"≈₩☆介紹（鏈接：到(dào)底什(shén)麽是(shì)NPO/CPO？$），這(zhè)裡(lǐ)就(jiù)不(bù)再詳細講♠φ®了(le)。
今年(nián)，在CPO之外(wài)，行(xíng)業(yè)又(¥÷yòu)提出了(le)一(yī)個(gè)新方案，這βγ(zhè)就(jiù)是(shì)——Lγ≈PO。
█ 什(shén)麽是(shì)LPO
LPO，英文(wén)全稱叫Linear-drive Pluggable O±←ptics，即線性驅動可(kě)插拔光(guāng)模塊。
從(cóng)名字可(kě)以看(kàn)出，它是(shì)一(δ↑σyī)種光(guāng)模塊封裝技(jì)術€≥<(shù)。
所謂“可(kě)插拔（Pluggable）”，我們平時(shí₩∞₹σ)看(kàn)到(dào)的(de)光(guāng)模塊，都(dōu)是(✔¥δ₹shì)可(kě)插拔的(de)。
如(rú)下(xià)圖所示，交換機(jī)上(shàng)有(yǒu)光(≤♥₹ guāng)模塊的(de)端口，把對(duì)應的(de)光(guāng)模塊€≈✔插進去(qù)，就(jiù)能(néng≤€×)插光(guāng)纖了(le)。如(rú)果壞了(le)，也(yě)ββ可(kě)以換。
LPO強調“可(kě)插拔”，是(shì)為(•δ≥£wèi)了(le)和(hé)CPO方案相(xiàng)區(qū↑δ₹)分(fēn)。CPO方案裡(lǐ)，光(guāng)模塊是(shì)不§₹£§(bù)可(kě)以插拔的(de)。光(guāng)模塊（光(guān± g)引擎）被移動到(dào)了(le)距離(lí)≥♥$交換芯片更近(jìn)的(de)位置，直接“綁”在一(yī)©¶起了(le)。
那(nà)麽，LPO和(hé)傳統光(guāng)模塊的(de)關γ €鍵區(qū)别，就(jiù)在于線性驅動（LinΩ±≤αear-drive）了(le)。
所謂“線性驅動”，是(shì)指LPO采用(←←•yòng)了(le)線性直驅技(jì)術(>☆₽shù)，光(guāng)模塊中取消了(le)DSP（數(shù)字信号處≈↓ ∑理(lǐ)）/CDR（時(shí)鐘(zh≈∞ōng)數(shù)據恢複）芯片。
問(wèn)題來(lái)了(le)——什(shén)麽是(shì)$•★>線性直驅呢(ne)？DSP發揮什(shén)♠✔麽作(zuò)用(yòng)？為(wèi)什(shén)麽可(kě)以被取消<₩✘？取消之後，會(huì)帶來(lái)什(shén)麽£ ↔™影(yǐng)響？
這(zhè)裡(lǐ)，我們還(hái)是(shπγ↕ì)先從(cóng)光(guāng)模塊的(de)基本架構開(kāi)始講起。π₽
在之前介紹相(xiàng)幹光(guān™₩g)技(jì)術(shù)（鏈接）的(de)時(shí)候，小(xiǎo)棗君提到(dà<o)過，光(guāng)模塊傳輸，就(jiù)是(shì)電(diàn∞♦₩÷)信号變成光(guāng)信号，光(guāng)信•¥↓号又(yòu)變成電(diàn)信号的(de)過程♥→÷α。
在發送端，信号經過數(shù)模轉換（DAC）¶&™，從(cóng)數(shù)字信号變成模拟信号。在接收端，₩✘♦♣模拟信号經過模數(shù)轉換（ADC），© 又(yòu)變成數(shù)字信号。
一(yī)頓操作(zuò)下(xià)來(lái)，得α→(de)到(dào)的(de)數(shù)字信号就(ji±↓ù)有(yǒu)點亂，有(yǒu)點失真。這δδ(zhè)時(shí)候，需要(yào)DSP÷∏"®，對(duì)數(shù)字信号進行(xíng)“修複”。
DSP就(jiù)是(shì)一(yī)個(Ω©©&gè)跑算(suàn)法的(de)芯片。它擁有(yǒu)數(s₩©hù)字時(shí)鐘(zhōng)恢複功<≠→能(néng)、色散補償功能(néng)（去(qù)除噪聲、©♣✘♠非線性幹擾等因素影(yǐng)響），可(kě)以對(duì)↔↕™®抗和(hé)補償失真，降低(dī)失真對(duì)系統誤碼率的(de≈≈)影(yǐng)響。
DSP的(de)各種補償和(hé)估算(suàn)
（注意：DSP這(zhè)個(gè)東(dōng)←≤西(xī)，也(yě)不(bù)是(shì)所有(yǒu• &₹)的(de)傳統光(guāng)模塊都(dōuλ≥↕)有(yǒu)。但(dàn)是(shì)，在高(gāo)速光 β(guāng)模塊中，對(duì)信号要(yào)求高(gāo) ₩♣✘，所以基本需要(yào)DSP。）
除了(le)DSP之外(wài)，光(g←✔∏×uāng)模塊中主要(yào)的(de)電(d ¶∑∑iàn)芯片還(hái)包括激光(guāng)驅★≈動器(qì)（LDD）、跨阻放(fàng)大(dà)器 ☆(qì)（TIA）、限幅放(fàng)大(dà)器(qì)（LA）、時(®εΩ↕shí)鐘(zhōng)數(shù)據恢複芯片（CDR，Clock a ∞nd Data Recovery）等。
CDR也(yě)是(shì)用(yòng)于數(shù)據還(hái)原¥₩。它從(cóng)接收到(dào)的(de)信号中提取出數(←∞shù)據序列，并且恢複出與數(shù)♠≥&據序列相(xiàng)對(duì)應的(de)時(shí)鐘(zhōng)時(♠☆✘shí)序信号，從(cóng)而還(hái)原接收到(dào)↓®©的(de)具體(tǐ)信息。
DSP的(de)功能(néng)很(hěn)強大(dà)。但(dàn)∏≤ •是(shì)，它的(de)功耗和(hé)成本也(yě)很(hěn)高(gāo>£)。
例如(rú)，在400G光(guāng)模塊中，用(yòng)到(dào)的δ✘®(de)7nm DSP，功耗約為(wèi)4W，占到(dào)了(l✘"e)整個(gè)模塊功耗的(de)50%左右。
光(guāng)模塊的(de)功耗組成
從(cóng)成本的(de)角度來(lái)看(kàn)，400G光(guāφ§$ng)模塊中，DSP的(de)BOM（Bill of Materials，物( <λwù)料清單）成本約占20-40%。
LPO方案，就(jiù)是(shì)把光(guāng)模塊中的(de)'€✔∏DSP/CDR芯片幹掉，将相(xiàng)關功能(néng)集成到(dào)↑€±設備側的(de)交換芯片中。
光(guāng)模塊中，隻留下(xià)具有(÷φyǒu)高(gāo)線性度的(de)Drσ∞iver（驅動芯片）和(hé)TIA（Tran↕•s-Impedance Amplifier，跨阻放(f↑&àng)大(dà)器(qì)），并分(fē←↓n)别集成CTLE（Continuous Time Linear E©₩↑€qualization，連續時(shí)™'™∏間(jiān)線性均衡）和(hé)EQ（Equalization，均衡）功♦$≥能(néng)，用(yòng)于對(duì)π±高(gāo)速信号進行(xíng)一(yī)定程δ<★度的(de)補償。
如(rú)下(xià)圖所示：
█ LPO的(de)優點
LPO的(de)優點，歸納來(lái)說(shuō)，就(jiù)是(shì÷βλ)：低(dī)功耗、低(dī)成本、低(dī)延時(shí)、易維護★"。
低(dī)功耗
沒有(yǒu)了(le)DSP，功耗肯定是(sh±®ì)下(xià)降了(le)。
根據Macom的(de)數(shù)據，具有♣<(yǒu)DSP功能(néng)的(de)800G多♥♦π(duō)模光(guāng)模塊的(de)功耗可₽€£(kě)超過13W，而利用(yòng)MACOM PURE DRIV¶δ E技(jì)術(shù)的(de)800G多(duō)模光(guāΩ®απng)模塊功耗低(dī)于4W。
低(dī)成本
這(zhè)個(gè)也(yě)不(bù)用(yòng)說(shuō)了(l←$πe)。前面提到(dào)DSP的(de)BOM成本約占20☆→♥σ-40%，這(zhè)個(gè)就(jiù)沒有(yǒu)了(l±÷☆e)。
Driver和(hé)TIA集成了(le)EQ，∑↕×成本略有(yǒu)增加，但(dàn)整體 × (tǐ)還(hái)是(shì)下(xià)降的 (de)。
有(yǒu)業(yè)界機(jī)構分(≠ fēn)析：800G光(guāng)模塊中，BOM成本約為(wèi)600♠≠×™~700美(měi)金(jīn)，DSP芯片的(de)成®ε 本約為(wèi)50~70美(měi)金(jīn≤≠>φ)。Driver和(hé)TIA裡(lǐ)集成了(le)EQ功能(né ∞♠ng)，成本會(huì)增加3~5美(měi)金(jīn)。算→↕(suàn)下(xià)來(lái)，系統總成本可(kě←γ₽₩)以下(xià)降大(dà)約8%，大(dà)約50~60美(měi)金(jīα≥σ©n)。
值得(de)一(yī)提的(de)是(shì)，DSα± P也(yě)是(shì)博通(tōng)↔ε、Inphi等少(shǎo)數(shù)廠(c ∑hǎng)商所掌握的(de)技(jì)術(shù)♠©★。取消了(le)DSP，從(cóng)某種程度上(shàng)來(lái)α↔γ£說(shuō)，也(yě)減少(shǎo)了(le)對 σ♣(duì)少(shǎo)數(shù)廠(chǎn≥¶€Ωg)商的(de)依賴。
低(dī)時(shí)延
沒有(yǒu)了(le)DSP，減少(shǎo)了(le)一(yī)個(₹δ♣gè)處理(lǐ)過程，數(shù)據的(de)傳輸時(•σβ'shí)延也(yě)随之下(xià)降。
這(zhè)個(gè)優點，對(duì)于AI計(jì) ÷→ 算(suàn)和(hé)超級計(jì)算(suàn)場(chǎng)景尤為(w'£σ'èi)重要(yào)。
易維護
這(zhè)是(shì)相(xiàng)對(duì)CPO方案來(lái)說(α₽shuō)的(de)。
CPO方案中，如(rú)果系統中任何一(yī)個(gè)器(qì)件(♣©jiàn)壞了(le)，就(jiù)要(yào)下♠β€(xià)電(diàn)，把整個(gè)闆子(zǐ)換掉，維護起來<≈(lái)很(hěn)不(bù)方便。
LPO的(de)封裝沒有(yǒu)顯著改變≥"，支持熱(rè)插拔，簡化(huà)了(le)光(guāng★ε)纖布線和(hé)設備維護，使用(yòngδ★)上(shàng)更加方便。
█ LPO的(de)當前挑戰
通(tōng)信距離(lí)短(duǎn)
去(qù)掉DSP，當然還(hái)是(shì)有(yǒuε≠)代價的(de)。TIA和(hé)Driver芯片并不(b☆'↕≈ù)能(néng)完全替代DSP，所以，會(huì)導緻系統的(✘¥de)誤碼率提升。誤碼率高(gāo)了(le)，傳輸λ↔ε距離(lí)自(zì)然就(jiù)短(duǎn)了(le)。
行(xíng)業(yè)普遍認為(wèi)，LPO隻适用(yòng)于特定✔≈✔↑的(de)短(duǎn)距離(lí)應用(yòng)場(ch<∏ǎng)景。例如(rú)，數(shù)據中心機(jī)櫃內(nèi)服務器γ→(qì)到(dào)交換機(jī)的(de)連接，以及數(shù)據∏>÷→中心機(jī)櫃間(jiān)的(de)連接等。
發展初級的(de)LPO，連接距離(lí)從(cóng)幾米到(dào)幾∞ 十米。未來(lái)，可(kě)能(néng¥™Ω)會(huì)拓展到(dào)500米以內(nèi)。
█ LPO的(de)産業(yè)化(huà)進展
LPO方案其實之前就(jiù)有(yǒu)$λ↑企業(yè)提出過，但(dàn)是(shì)因為(wèi)技↕ δ(jì)術(shù)限制(zhì)，沒有(yǒu)做(zuò)出什(∞>shén)麽成果。
今年(nián)的(de)OFC大(dà)會(huì)上(shàng)§<，LPO再次被提出，很(hěn)快(kuài)成為(wèα®i)行(xíng)業(yè)關注的(de)€&焦點。
AWS、Meta、微(wēi)軟、谷歌(gē)等國(g ♥φ₹uó)際市(shì)場(chǎng)主要(yà↓¥✘αo)客戶，都(dōu)對(duì)LPO表示了(le✘σσ )興趣。衆多(duō)光(guāng)通(♥↕÷βtōng)信巨頭，也(yě)紛紛投入資源進行(xín↔£×g)研發。
目前，中際旭創、新易盛、劍橋科(kē)技(jì)等公司，均≤≠推出了(le)800G LPO解決方案。近(jìn)≤γ期，應該已有(yǒu)企業(yè)實現(xiàn)了(lΩφe)小(xiǎo)規模出貨。
LPO方案的(de)關鍵，還(hái)是(shì)在于芯片。高(gā€©o)線性度TIA&Driver的(de >)主要(yào)供應商，有(yǒu)Maco↕≤≤↑m、Semtech、美(měi)信等。
根據預測，2024年(nián)，LPO将實現(xiàn)規模商業(≠₩Ω∏yè)化(huà)。行(xíng)業(yè)裡∑↕©(lǐ)比較樂(yuè)觀的(de)機(jī)構認為(wèi)，未來(l<™∞δái)LPO能(néng)占據一(yī)半的(de)市(s≈hì)場(chǎng)份額。保守一(yī)些(xiē)的(de&±)機(jī)構則認為(wèi)，CPO/≈↑↕LPO的(de)份額将在2026年(ni♣×án)達到(dào)30%左右。。
█ 結語
好(hǎo)啦，以上(shàng)就(jiù)是(shì)關于LPO↕§ ←的(de)介紹。
LPO的(de)邏輯本質，就(jiù)是(shì)平衡和(hé)取舍。它基于特 ₹定的(de)應用(yòng)場(chǎng™δ"↑)景（短(duǎn)距離(lí)），舍棄了(l €e)DSP/CDR，犧牲了(le)一(yī)點性能(n∞ε£éng)（誤碼率），但(dàn)是(shì)，換來(lái)了(le)更低(♥dī)的(de)功耗、成本和(hé)時(shí)延。
它和(hé)CPO各有(yǒu)所長(cháng)，雖然誕εφ★ε生(shēng)的(de)時(shí)間(jiān)比CPO更晚，但(dà★÷n)落地(dì)的(de)速度，會(huì)比 ↓€↑CPO更快(kuài)。
方案優缺點的(de)對(duì)比
按目前的(de)趨勢，LPO将是(shì)800G時(shí)代最具潛力的(dε λe)技(jì)術(shù)路(lù)線。±™£
随著(zhe)AIGC浪潮的(de)發展，數(shù)據中心光(guāng©↕•¥)網絡将加速向800G演進。LPO的(de)黃(huáng)金(jīn)時(©shí)代，即将到(dào)來(lái)。
文(wén)章(zhāng)轉至：鮮棗課堂
