CPO和LPO谁将主宰未来数据中心光互连？

CPO/LPO技术背景

高性能计算浪潮催化算力需求爆发，800G光模块显著受益

一个万兆的光模块，功率才1W左右。随着400G、800G的光模块升级迭代，光模块的功耗一路飙升，直逼30W。一个交换机可不止一个光模块。满载的话，往往就有几十个光模块（假如有48个，就是48×30=1440W）。光模块的功耗大约占整机功耗的40%以上。整机的功耗极大可能会超过3000W。光通信设备的能耗激增，也给整个数据中心的能耗及成本带来了巨大的压力，降低能耗和成本迫在眉睫，CPO/LPO解决方案因此出现。

CPO/LPO的出现，迅速成为光模块行业两大热词，各大厂商加速布局对应方案。

什么是CPO？

CPO共封装演进

CPO：（Co-Packaged Optics）是指把光引擎和交换芯片共同封装在一起的光电共封装，没有采用可插拔光模块的形式，这种方式能够使得电信号在引擎和芯片之间更快的传输，缩短了光引擎和交换芯片间的距离，有效减少尺寸，降低功耗，提高效率。

CPO将有效解决高速高密度互联传输

LightCounting在2022年12月报告中称，高性能计算对网络速率的需求是目前的10倍以上，在这一背景下，CPO有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低50%，将有效解决高速高密度互联传输场景。国内各厂商也在进一步研发CPO技术。

什么是LPO？

LPO：（linear drive pluggable optics）线性驱动可插拨光模块，所谓“线性驱动”，是指采用了线性直驱技术，去除传统的DSP（数字信号处理）/CDR（时钟数据恢复）芯片，实现系统降功耗、降延迟的优势，但系统误码率和传输距离有所牺牲。该技术适用于数据中心等短距离传输场景。

传统光模块：通过DSP芯片对高速信号进行信号处理达到低误码率，但功耗较大，以400G光模块为例，用到的7nm DSP功耗约为4W，占整个模块功耗的50%。

云厂商、设备商积极布局LPO线性直驱方案

从上游芯片、交换机到下游终端用户均重视LPO技术发展与应用，实现商用确定性较强。在OFC2023上，Macom、Broadcom等多家厂商展示了 Linear-drive方案。Arista重点展示的Linear方案得到博创、NVIDIA等多家交换机厂家的认可。

CPO VS LPO

形态差异

LPO强调“可插拔”，外观形态还是可插拔光模块，只是去除模块的DSP芯片。CPO方案里，光模块是不可以插拔的。光模块被移动到了交换芯片附近位置，直接在交换机内部“绑”在一起了。

CPO光电共封装的优势

• 信号完整性：极大的缩短板端电信号传输距离减少对信号的补偿，PCB更为灵活。

• 小尺寸、高集成度：相比传统光模块和电子芯片分离封装的方式，光电共封装技术可以实现更紧凑的尺寸，有利于在高密度集成电路中的应用。

• 低功耗、低延迟：CMOS工艺实现电学器件和光学器件的集成能耗更少，相较于LPO能耗表现更优。由于光模块和电子芯片在同一个封装内，信号传输路径更短，可以实现更低的延迟。

LPO技术的优势

• 可热插拔、易维护：相比于CPO，LPO没有显著改变光模块的封装形式。CPO若某个器件坏了，就把整个交换机拆开，维护起来很不方便。LPO的封装没有改变，支持热插拔，使用上更加方便。

• 低延迟：由于不再采用DSP，不涉及对信号的复原，整个系统的latency大大降低，可以应用到对延迟要求比较高的场景，例如高性能计算中心(HPC)中GPU之间的互联。

• 低功耗、低成本：没有DSP，功耗和成本下降了。DSP也是博通、Inphi等少数厂商所掌握的技术。取消了DSP，从某种程度上来说，也减少了对少数厂商的依赖。

CPO/LPO未来的发展前景与挑战

CPO的发展前景与挑战

CPO发展目前处于起步阶段，未来市场空间广阔

CPO为进一步提升光互联密度提供了方向，有望在100T+逐步商用。LightCounting认为，CPO出货量预计将从800G和1.6T端口开始，于2024至2025年开始商用，2026至2027年开始规模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。CIR预计到2027年，共封装光学的市场收入将达到54亿美元。

*CPO市场规模预测（百万美元）

全球CPO端口的销售量将从2023年的5万增长到2027年的450万。2027年，CPO端口在800G和1.6T出货总数中占比接近30%。Yole报告数据显示，2022年CPO市场产生的收入达到约3800万美元，预计2033年将达到26亿美元，2022-2033年复合年增长率为46%。

CPO面临的挑战

• 技术路径仍待成熟且需求尚未迫切：传统可插拔方案凭借顽强生命力有望继续主导，CPO成为主流尚需时日。

• 紧迫性：3.2T光模块时代对CPO产品形态诉求相对较高，1.6T时代可插拔光模块已有较为成熟的8*200G主流方案满足行业需求。

• 商业模式挑战：CPO对硅光技术储备有较高要求，由于工艺无法分离大概率由交换机芯片厂商主导，产业链变动或影响CPO技术应用进程推进。

LPO的发展前景与挑战

LPO产业进度：国内外并驾齐驱

LPO作为一种新技术，预计2024年年底量产，目前各大厂商已发布相关产品，Macom、Semtech、美信等主要供应商，博通也在推进相关产品研发。专家认为，北美云厂商正在积极扩充算力资源，未来微软、Meta、AWS、谷歌都有可能逐步接受LPO方案。

LPO面临的挑战

• 需相互协同：LPO方案光模块厂商与交换机进行配合，对光模块厂商在产业内上下游作协同要求更高。

• 通信距离短：去掉DSP，会导致系统的误码率提升。误码率高了，传输距离就短了，需解决传输距离短的问题。

• 标准化刚起步：LPO的标准化处于早期阶段，在互联互通上可能会存在一些挑战，对于企业来说，需要具备一定的技术能力，能够制定技术规格和方案，能够探索设备和模块的边界条件，能够进行大量的集成、互联互通测试。换言之，LPO目前更适合较为封闭和供应商单一的系统。如果采用多供应商，自己又没有实力驾驭，那么，可能存在“问题较难界定，相互扯皮”的问题，还不如使用传统DSP方案。

• 局限性：有专家指出，LPO给系统侧的电通道设计带来了一定挑战。目前SerDes主流规格是112G，很快将升级到224G。专家们认为，LPO没办法跟上224G SerDes的要求。