LPO与CPO：光互连技术的转折与协同发展

光模块、oDSP与交换机交换芯片是数据中心光互连的核心组件，而LPO（线性驱动可插拔光学）和CPO（共封装光学）的出现正推动行业向更低功耗、更高密度演进。

一、核心组件功能解析

1.光模块：光电转换的桥梁

光模块是实现电信号与光信号相互转换的关键器件，广泛应用于数据中心、电信网络等场景。其核心功能包括：

光电转换：发射端通过激光器将电信号调制为光信号，接收端通过探测器将光信号转换为电信号。

速率适配：支持从100G到1.6T的多速率标准（如QSFP-DD、OSFP等），满足不同距离（50m至2km）的传输需求。

信号处理：传统光模块依赖DSP芯片进行信号均衡、纠错和色散补偿，例如400G光模块中DSP功耗占比约50%。

2.oDSP：光模块的“大脑”

oDSP（光数字信号处理器）是光模块内价值量最高的电芯片（占BOM成本20%-30%），其核心作用包括：

调制与解调：在数通场景中，PAM4oDSP通过4电平调制提升单通道速率（如50G/100G），并补偿信号失真；在电信长距场景中，CoherentoDSP采用相干调制（如QPSK）实现高灵敏度传输。

信号再生：通过数字信号处理（如前向纠错FEC）恢复受损信号，确保长距离传输的可靠性。

功耗痛点：800G光模块中oDSP功耗约6-8W，成为光模块功耗的主要来源。

3.交换机交换芯片：数据转发的中枢交换芯片是交换机的核心，负责高速数据帧的路由与转发，其功能包括：

端口互联：支持多端口高速连接（如112GSerDes），实现服务器、存储设备间的低延迟数据交换。

协议处理：集成PAM4调制、CDR（时钟数据恢复）和流量控制功能，确保信号完整性。

协同优化：在LPO方案中，交换芯片需承担部分原由oDSP实现的信号补偿功能，如线性均衡和时钟恢复。

二、LPO与CPO的技术突破及影响

1.LPO：可插拔架构的降本增效

技术特点：

去DSP化：通过高线性度Driver/TIA芯片替代DSP，取消CDR和复杂数字处理，使800G LPO模块功耗成本以及延迟大大降低。

兼容性：保留QSFP-DD/OSFP等可插拔封装，支持热插拔维护，适合短距（<2km）AI算力集群和成本敏感场景。

标准进展：基于OIFCEI-112G-Linear-PAM4协议，已支持800G部分产品商用，但224GSerDes仍需进一步验证和探索。

行业影响：

功耗革命：单机柜100个400GLPO模块年省电费超2000元（PUE1.5），散热成本同步降低。

供应链重构：减少对Marvell/Broadcom等DSP厂商的依赖，推动Driver/TIA芯片国产化。

场景局限：依赖交换机ASIC的信号补偿能力，适合同构网络，在异构复杂网络中竞争力较弱。

2.CPO：共封装架构的性能跃升

技术路径：

近封装演进：从NPO（光学引擎与芯片同板）到CPO（芯片与光引擎共封装），信号传输距离从10cm缩短至毫米级，功耗降低30%-50%。

集成形态：分为A型（2.5D封装）、B型（Chiplet封装）和C型（3D封装），逐步实现硅光芯片与交换ASIC的深度融合。

硅光核心：CPO依赖硅光技术实现高密度光器件集成，预计2030年硅光市场份额将达60%。

行业影响：

性能提升：1.6TCPO系统可支持51.2T总带宽，延迟降至亚纳秒级，满足AI训练集群的超高带宽需求。

生态挑战：初期依赖专有设计（如NVIDIAQuantum-X），缺乏统一标准，且光引擎故障需整机更换，运维成本高。

市场分化：CPO主要用于纵向扩展（scale-up）网络（如多机柜AI集群），而横向扩展（scale-out）仍依赖可插拔模块。

三、未来趋势与技术博弈

1.多技术共存：

LPO主导中短期：2025-2027年，LPO在AI算力集群和中小数据中心快速渗透，预计2027年新增超800万个1.6TLPO端口。

CPO长期潜力：2030年后，随着硅光工艺成熟和生态完善，CPO在超大规模数据中心逐步商用，尤其在100T+速率场景。

传统模块延续：DSP方案仍将在长距、异构网络中占据主流，且通过Link Optimized-DSP优化功耗。

2.技术协同创新：

硅光融合：硅光技术同时支撑LPO（降低Driver/TIA成本）和CPO（实现高密度集成），成为两者的底层技术基础。

封装突破：3D封装和TSV（硅通孔）技术推动CPO向C型演进，进一步缩小体积并提升散热效率。

标准统一：IEEE802.3和OIF的推进，将加速LPO的互联互通；而CPO需建立开放生态以解决兼容性问题。

3.产业链重构：

芯片厂商：Marvell/Broadcom在DSP领域仍具优势，但需应对LPO的冲击；NVIDIA/Intel通过CPO整合硅光与ASIC，强化系统级竞争力。

光模块厂商：中际旭创、新易盛等积极布局LPO/CPO，但需平衡技术投入与市场需求，避免过早押注单一方案。

代工厂：台积电、意法半导体等加大硅光产能，推动CPO规模化生产。

四、总结

LPO和CPO的出现标志着光互连技术从“可插拔主导”向“集成化演进”的转折。LPO以低功耗、易部署的特点成为中短期主流，而CPO凭借极致性能代表长期方向。两者的博弈将推动数据中心架构向更高效、更智能的方向发展，同时也为硅光、先进封装等底层技术带来新的机遇与挑战。未来，多技术路线的协同发展将成为行业常态，而标准统一与生态合作将是决定技术落地速度的关键。

审核编辑 黄宇