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12家巨头联手合作,打通LPO光模块生态

E4Life 来源:电子发烧友 作者:周凯扬 2024-04-02 00:14 次阅读

电子发烧友网报道(文/周凯扬)AI计算的负载暴增为数据中心的能耗控制带来了巨大的挑战,比如单卡功耗上千瓦的GPU,从风冷改换至液冷的冷却方案等等,就连光电互联的功耗,也已经成为棘手的问题。单个光模块的功耗并不算多,即便是随着400G或800G的模块逐一面世,其功耗最高也不过在30W左右。

但对于单个系统而言,其接入的光模块数量远不止一个,满载的系统可能会接入数十个光模块,功耗也会轻松突破千瓦,也就意味着光模块的功耗很可能达到整个系统功耗的40%左右。即便进一步提升芯片工艺,也很难将光模块的整体功耗压下去。

为了进一步减少功耗和成本,厂商们开始探索CPO和LPO这样采用新式结构的光模块方案。然而CPO目前尚处于开发早期阶段,技术成熟度不高。且对于朝1.6T进发的光模块市场而言,已经有了较为成熟的8*200G配置解决方案,足以有效满足要求,而CPO更适合更高速的3.2T光模块,所以需求上的缺失,使得CPO难以成为厂商们的首选。

去除DSP芯片的LPO光模块

LPO光模块全称为线性驱动的可插拔光模块,是采用了低功耗设计的优化版光模块。在传统的可插拔光模块中,应用于处理高速信号的DSP芯片助其实现了极低的误码率,但也带来了极高的功耗。比如在一个400G的光模块中,所用7nm工艺的DSP功耗在4W左右,这就占据了整个光模块近乎一半的功耗,剩下的功耗再由驱动、DRV和TIA来瓜分。

所以在LPO光模块的设计中,就去除了DSP芯片以及用于时钟数据恢复的CDR芯片,降低光模块功耗的同时,也因为减少了信号路径中的数字运算和决策,从而降低了时延。而且相对传统光模块而言,由于砍掉了DSP芯片,单个模组的成本也有所降低,毕竟DSP芯片的技术往往掌握在一些大厂手中,光模块厂商想要自研DSP芯片并大规模量产,存在较高的门槛。

相对CPO而言,LPO依然保留了可插拔的特性,所以在易维护性上,肯定是要高于一体化的CPO方案。如果CPO系统出现故障,很可能就要拆卸掉整个交换机,比起随时可以热插拔的LPO系统,替换和系统停机时间都被大大减少了。

但去除DSP芯片,采用线性驱动的方式也不是毫无妥协的,因为信号补偿性能缩水了,采用LPO光模块的传输距离自然就受到了限制,所以应用场景只限于50米以内的连接,但对于目前数据中心内部的服务器和交换机而言,这样的传输距离已经足以满足需求。

目前400G乃至800G的LPO光模块已经在去年实现了小批量出货,从预测来看,LPO光模块可能会在今年年底迎来大规模商业出货。

LPO后续开发普及面临的挑战

即便LPO存在如此多的优势,但从各大厂商的路线图来看,LPO也并不是他们的唯一选择。这是因为LPO的后续开发依然存在着不少阻力,且并不完全来自技术上。首先就是生态的问题。

要想LPO能够用在各大厂商的网络设备中,LPO光模块供应商和交换机等网络设备制造商之间就需要打通产品之间的互操作性。毕竟LPO并非CPO那样的一体化方案,如果不能打通生态的话,对于数据中心的设备采购而言会带来阻碍,从而影响LPO光模块的大规模普及。

其次,就是传输距离的问题,尽管在目前绝大多数的数据中心中,50米左右的距离已经足以满足大多数服务器机柜和交换机之间的部署规划,但未来随着数据中心规模持续扩张,LPO必须进一步提到其可用传输距离。

最后就是电气通道的设计问题,目前的主流SerDes规范为112G,但随着传输速率要求的逐步增长,很快就会突破至224G。而以目前的行业普遍观点而言,LPO难以做到224G的SerDes传输,这就很可能会限制LPO在超高速光模块上的设计和普及。

12家巨头联合定义LPO

对于传统的光模块来说,为了确保互操作性,靠的正是MSA多源协议标准,MSA不仅定义了外形尺寸,还定义了光电接口,从而降低网络搭建成本,防止市场被垄断。传统光模块中的CSFP、QSFP、CFP、OSFP等,都是由此而来。

3月21日,来自网络、半导体光学领域的12大行业领头羊联合成立了LPO MSA(多源协议组织),用于定义支持互操作的LPO解决方案。LPO MSA成员包括光迅科技AMD、Arista、博通、思科、新易盛、海思、旭创科技、英特尔、MACOM、英伟达Semtech

MSA的首个目标是在链路两端使用LPO光模块实现进一步优化的光互联,LPO MSA的规范将从光电要求上给出定义,确保多个网络设备和光模块供应商之间的互操作性。不仅如此,对于开发者担心的鲁棒性问题,LPO MSA也会开发对应的规范为这个光网络系统提供同样的鲁棒性。

如此一来,LPO缺少生态的问题就得到了解决,任何交换机或NIC上的LPO MSA兼容接口,都可以与各家的LPO MSA兼容光模块搭配使用。除了LPO-TO-LPO规范外,LPO MSA还进一步制定了路线图,用于解决LPO模块与重定时模块、线性接收光模块(LRO)以及多模光纤(MMF)的连接问题。

写在最后

CPO的实现需要大量的硅光技术储备,而且其2.5D封装要求也致使CPO很可能会对特定制造商厂商依赖,从而影响该技术的大规模应用。为此,LPO很有可能成为未来光模块的主流方案之一,如果网络设备、光模块和芯片厂商之间联合推动的话,甚至有可能占据一半以上的市场份额。

LPO MSA的成立无疑为LPO光模块解决了最大的落地难题,也侧面说明了设备厂商对于LPO光模块的前景十分看好。随着第一版规范预计于今年第三季度发布,相信LPO从明年开始,会逐渐成为数据中心光模块中的常客。

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