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标题: CPO面临的部署挑战 [查看完整版帖子] [打印本页]
时间: 2026-6-10 13:59
作者: 无聊小北
标题: CPO面临的部署挑战
明歌网络
CPO将光引擎与主机封装在一起,成本和翘曲问题
光引擎本身被放置在基板上,之后将基板通过倒装焊接到主机封装上。
对于光引擎的共封装,需要很大的封装面积。
这意味着必须显著增大封装基板或中介层的尺寸,具体取决于光引擎的放置位置。
以英伟达的 Spectrum-X Photonics 交换 ASIC 封装为例,其基板尺寸将达到 110mm × 110mm。
作为参照,Blackwell 封装的尺寸为 70mm × 76mm,其本身已经是一颗非常大的芯片。
此外,在基板上附加更多元件会带来良率方面的挑战。
以 Spectrum-X 为例,36 个已知合格的光引擎需要先通过倒装焊接到基板上——然后才能键合中介层模块,完成"on Substrate"步骤,从而实现 CoWoS 封装。
类似地,对于中介层而言,制造尺寸大得多的中介层成本高昂,并且需要键合更多元件,这同样带来良率挑战。
此外,翘曲问题会进一步加剧这些挑战,随着中介层/基板尺寸增大,翘曲问题会变得更加显著。
▉ FAU 与光纤耦合
光纤从光引擎中引出用于数据传输。
一个光通道由两根光纤或一对光纤(发射+接收)组成。
光纤耦合——即将光纤与片上波导精确对准,以实现顺畅高效的光传输——是 CPO 中关键且具有挑战性的步骤,而光纤阵列单元(FAU)在 CPO 中被广泛用于辅助这一过程。
主要有两种耦合方式:边缘耦合(EC)和光栅耦合(GC)。
边缘耦合
边缘耦合将光纤沿芯片边缘对准。从下图中可以看出,光纤端面必须与芯片抛光边缘精确对准,以确保光束准确进入边缘耦合器。
光纤尖端处的微透镜将光聚焦并导向芯片,使其进入波导。
波导的锥形结构逐渐展宽,实现平滑的模式转换,减少反射和散射,从而保证耦合效率。
如果没有这样的透镜和锥形结构,光纤端面与波导端面之间的界面处会产生显著的光学损耗。
Source: Ansys
边缘耦合因其低耦合损耗、适用于宽波长范围以及偏振不敏感等优点而受到青睐。
然而,它也存在一些缺点:
Global Foundries(GFS)在今年 VLSI 会议上展示了其标志性 45nm "Fotonix" 平台上集成的单芯片氮化硅边缘耦合器,可实现 32 通道和 127μm 间距。
▉ 光栅耦合(GC)
在光栅耦合器中,光从顶部入射,光纤以一个小角度位于光栅上方。
当光到达光栅时,周期性结构会散射并将光向下弯曲进入波导。
光栅/垂直耦合的主要优势是能够支持多排光纤,从而使每个光引擎可以容纳更多光纤。
GC 也不需要放置在基板底部,这使得将光引擎放置在中介层上成为可能。
最后,GC 不需要极高的定位精度,并且可以通过简单的两步蚀刻工艺更容易地制造。
GC 的缺点是单偏振光栅耦合器仅适用于有限的波长范围,并且对偏振高度敏感。
英伟达曾偏好 GC,因为它具有多个优势——能够实现二维密度、占用面积更小、更易于制造,并且与 EC 相比支持更简单的晶圆级测试。
然而,该公司也意识到 GC 的几个缺点——它通常会引入更高的光学损耗,并且光学带宽比 EC 更窄(后者通常可以适应更宽的光谱范围)。
台积电显然也更偏好 GC,其 COUPE 平台就支持这种方案。
Source: Journal of Semiconductors
激光器类型与波分复用(WDM)
将激光器集成到 CPO 中的主要有两种方式。
第一种方式是片上激光器,将激光器和调制器集成在同一颗光子芯片上,通常通过将 III-V 族(InP)材料键合到硅片上来实现。
虽然片上激光器可以简化设计并降低插入损耗,但也存在一些挑战:
业界已经达成共识的另一种方法是使用外部光源(ELS)。
激光器位于一个独立的模块中,通过光纤连接到光引擎。
通常,这种激光器采用可插拔的形式,如 OSFP。
这种配置在现场维修激光器故障(相当常见的情况)时更为简便。
ELS 的缺点是功耗较高。
如下图所示,在基于 ELS 的系统中,输出功率会在多个阶段因连接器损耗、光纤耦合损耗和调制器效率低下等多种因素而损失。
因此,该系统中的每个激光器必须提供 24.5 dBm 的光功率,以补偿损耗并确保可靠传输。
高输出激光器会产生更多热量,并在热应力下更快退化,其中激光器和热电冷却器约占 ELS 功耗的 70%。
尽管在激光器设计、封装和光路方面的渐进改进有所帮助,但激光器高功率需求的问题尚未完全解决。
在今年 VLSI 会议上,英伟达重点介绍了其生态系统中的几家激光器合作伙伴:Lumentum(提供单路高功率 DFB 激光器)、Ayar Labs(提供 DFB 阵列)、Innolume(提供量子点锁模梳状激光器),以及 Xscape、Enlightra 和 Iloomina(提供泵浦非线性谐振梳状激光器)。
英伟达还讨论了探索 VCSEL 阵列作为潜在替代激光器方案的可能性
虽然每根光纤的数据速率会较低,且可能存在一些热问题,但 VCSEL 可能在功耗和成本方面具有优势,适用于"宽而慢"的应用场景。
不过,我们认为这不是英伟达当前的首要任务。
Source: CPO status, challenges, and solutions
波分复用(WDM)是指在同一根光纤上同时传输多个不同波长(λ)的光信号。
WDM 的两种常见变体是粗波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)。
CWDM 通常承载较少的通道,通道间隔相对较大(通常为 20nm 间隔),而 DWDM 则以非常紧密的间隔(通常小于 1nm 间隔)封装多个通道。
CWDM 较宽的通道间隔限制了其容量,而 DWDM 较窄的间隔可容纳 40、80 甚至 100 个以上的通道。
WDM 之所以重要,是因为目前提出的绝大多数 CPO 实现方案都受到可连接到光引擎的光纤数量的限制。
有限的光纤对意味着每对光纤必须最大化其传输能力。
▉ 调制器类型
当激光进入光子集成电路(PIC)后,会经历一个调制阶段(由驱动器驱动),在此阶段电信号被编码到激光的波长上。
用于此过程的三种主要调制器类型是:
马赫-曾德调制器(MZM)、
微环调制器(MRM)和电吸收调制器(EAM)。
每个单独的波长(单个光通道上的单个波长)需要一个调制器。
马赫-曾德调制器(MZM)
MZM 通过将连续波光信号分成两个波导臂来编码数据,这两个波导臂的折射率随外加电压而变化。
当两臂重新合并时,它们的干涉图案会调制信号的强度或相位。
Source: Luceda Academy
在三种调制器中,MZM 是最容易实现的,并且具有较低的热敏感性,从而降低了对精确温度控制的需求。
其高线性度支持 PAM4 和相干 QAM 等高级调制格式(尽管 QAM 并不适用于 HPC/AI 工作负载)。
MZM 的低啁啾特性可改善高阶调制和长距离传输的信号完整性。
MZM 还能实现更高的每通道带宽:
每通道 200G 已被验证可行,
而每通道 400G 据信可通过非相干 PAM 调制实现。
然而,MZM 的缺点如下:
外形尺寸大:长度尺寸以毫米计(相比之下 MRM 以微米计),因为它们需要两个波导臂和一个合并区域,占用更多芯片面积,限制了光引擎 PIC 中可容纳的调制器(进而限制通道)密度。MZM 的面积约为 12,000µm²,GeSi EAM 约为 250µm²(5×50µm),而 MRM 在 25µm² 到 225µm² 之间(直径 5–15µm)。这是 MZM 的一个关键缺点,可能限制其扩展性。然而,如果考虑到完整的 PIC/EIC 组合的尺寸(包括调制器周围的驱动器和光/电控制电路),MZM 的尺寸劣势可能不那么显著。
功耗高:移相过程需要消耗大量能量。其偏置条件(即启动电压)也高于 MRM(后者在亚电压下工作)。不过,像 Nubis 这样的公司正试图通过巧妙的设计来改善 MZM 的功耗劣势。
在初创企业生态系统中,Nubis 是主要为其 scale-up CPO 解决方案采用 MZM 的公司之一。由于其外形尺寸大且可支持的波长数量有限,MZM 在初创生态系统中并未被广泛选择。
微环调制器(MRM)
MRM 使用一个紧凑的环形波导,该波导与一个或多个直波导耦合。
电信号改变环的折射率,从而改变其谐振波长。
通过调整谐振使其与输入光对准或失准,MRM 对光信号的强度或相位进行调制,从而编码数据。
光源从输入端口进入环——对于大多数波长的光,环中不会产生谐振,因此光会从输入端口直通到直通端口。
如果波长满足谐振条件,则光会在环中发生相长干涉,并被拉入下载端口。
如下面的归一化功率图所示,特定波长的光会在下载端口处产生一个传输功率的尖锐峰值,同时在直通端口处产生相应的下降。
这种效应可用于调制。
Source: Sam Palermo, Texas A&M University
光引擎通常使用多个 MRM,每个环可以调谐到不同的波长,从而利用环本身实现波分复用(WDM),而无需额外增加一套器件
来完成 WDM。
MRM 具有几个关键优势:
尺寸极其紧凑(尺寸在几十微米量级),可实现比 MZM 高得多的调制器密度。MZM 的面积约为 12,000µm²,GeSi EAM 约为 250µm²(5×50µm),而 MRM 在 25µm² 到 225µm² 之间(直径 5–15µm);
环非常适用于 WDM 应用(包括 8 或 16 个波长的 DWDM),并内置复用/解复用功能;
MRM 能效高(每比特功耗更低);
最后,环具有低啁啾特性,可改善信号质量。
然而,MRM 也存在一些挑战:
MRM 的温度敏感性比 MZM 和 EAM 高 10–100 倍,需要非常精密的控制系统,这对设计和制造都颇具挑战;
它们是非线性的,使得 PAM4/6/8 等高阶调制变得复杂;
MRM 的敏感性和严格的温度控制容差使标准化变得困难,因为每种设计都有精确的要求。
在解决方案提供商中,英伟达明显偏好 MRM。
他们声称自己是第一个设计并将 MRM 应用于 CPO 系统的公司。
该公司认为 MRM 的关键优势在于其紧凑的尺寸和低驱动电压,这有助于降低功耗。
然而,MRM 技术也公认难以控制,因此设计精度对于成功实现至关重要——而这确实是英伟达的优势所在。
在制造方面,台积电先进的 CMOS 专业知识非常适合制造高精度、高 Q 因子的 MRM。
此外,Tower 也为其光子学节点带来了强大的制造能力。
MRM 的实现具有挑战性,但绝对是可行的。它们有可能实现比 MZM 更高的带宽密度。这就是为什么台积电、英伟达以及许多 CPO 公司(如 Ayar Labs、Lightmatter 和 Ranovus)都专注于这一技术路线。
电吸收调制器(EAM)
EAM 通过根据所施加的电压改变其吸收光的能力来调制信号。
更具体地说,当施加低电压或无电压时,EAM 允许大部分入射激光通过,使其呈现透明或“开”状态。
当施加较高电压时,GeSi 调制器的带隙发生变化,覆盖 C 波段高位区域(1500nm 以上),从而增加对这些波长的吸收系数,并衰减(“关闭”)通过附近波导的光信号。
这被称为弗朗兹-凯尔迪什效应。
这种在“开”和“关”状态之间的切换调制了光的强度,从而有效地将数据编码到光信号上。
Source: Texas A&M University, Liu 2008, Helman 2005
同样的原理目前也用于采用电吸收调制激光器(EML)进行调制的收发器中。
连续波(CW)分布式反馈(DFB)激光器和基于 InP 的 EAM 耦合在一起,构成一个单独的离散 EML,可调制一个通道。
例如,一个 800G DR8 收发器在 8 个独立光纤通道上使用 8 个 EML,每个通道使用 PAM4 调制(2 比特/信号)并以约 56 GBaud 的信号速率工作。
与基于 GeSi 的调制器不同,InP 调制器的带隙对应 O 波段(1310nm),这是所有数据中心 DR 光器件中使用的标准波长,因此具有高度的互操作性。
InP 调制器存在一些缺点,使其不太适合用于 CPO。
InP 晶圆往往尺寸较小(3 英寸或 6 英寸),且良率较低——这两个因素都导致基于 InP 的器件单位成本高于可以在 8 英寸或 12 英寸工艺上制造的硅器件。
将 InP 耦合到硅也比将 GeSi 耦合到其他硅器件困难得多。
与 MRM 和 MZI 相比,
EAM 优势:
1.EAM 和 MRM 都拥有控制逻辑和加热器来稳定它们以对抗温度变化,但 EAM 对温度的基本敏感性更低。
与 MRM 相比,EAM 在 50°C 以上具有更好的热稳定性,而 MRM 对温度非常敏感。
MRM 的典型稳定性为 70-90 pm/°C,这意味着 2°C 的温度变化会使谐振偏移 0.14nm,远超 MRM 性能崩溃的 0.1nm 谐振偏移。
相比之下,EAM 可以承受高达 35°C 的瞬时温度偏移。这种容差对于 Celestial AI 的方案尤为重要,因为他们的 EAM 调制器位于中介层内,而中介层下方是高 XPU 功耗计算引擎,该引擎耗散数百瓦功率。
EAM 还能耐受约 80°C 的高环境温度范围,这可能适用于位于 XPU 旁边而非其下方的 chiplet 应用。
2. MZI 相比,EAM 尺寸小得多,功耗也更低,因为 MZI 相对较大的尺寸需要高电压摆幅,需要放大 SerDes 以实现 0-5V 的摆幅。
马赫-曾德调制器(MZM)面积约为 12,000µm²,GeSi EAM 约为 250µm²(5×50µm),而 MRM 在 25µm² 到 225µm² 之间(直径 5-15µm)。
MZI 还需要消耗更多功率用于加热器,以保持如此大的器件处于所需的偏置状态。
另一方面,在 CPO 中使用 GeSi EAM 也存在一些缺点:
基于硅或氮化硅构建的物理调制器结构(如 MRM 和 MZI)被认为具有比基于 GeSi 的器件更好的耐久性和可靠性。
事实上,考虑到基于锗的器件在制造和集成方面的困难,许多人担心 GeSi 器件的可靠性。
但 Celestial 认为,基于 GeSi 的 EAM(本质上是光电探测器的反向器件)在可靠性方面是已知的,因为光电探测器在当前收发器中无处不在。
GeSi 调制器的能带边自然位于 C 波段(即 1530nm-1565nm)。
设计量子阱将其转移到 O 波段(即 1260-1360nm)是一个非常困难的工程问题。
这意味着基于 GeSi 的 EAM 很可能成为 CPO 系统的一部分,并且不能轻易地用于参与基于开放 chiplet 的生态系统。
与利用围绕 O 波段连续波激光器发展完善的生态系统相比,围绕 C 波段激光源构建激光器生态系统可能存在规模不经济。
大多数数据中心激光器是为 O 波段制造的,但 Celestial 指出,1577nm XGS-PON 激光器的产量相当大,这些通常用于消费者光纤到家庭和企业连接应用。
SiGe EAM 的插入损耗约为 4-5dB,而 MRM 和 MZI 均为 3-5dB。虽然 MRM 可用于直接复用不同波长,但 EAM 需要单独的复用器来实现 CWDM 或 DWDM,这略微增加了潜在的损耗预算。
总体而言,EAM 在当前 CPO 实现中并未广泛使用,Celestial AI 是少数积极追求这种方法公司中的佼佼者。
▉ OE 路线图——扩展光引擎
目前可用的光引擎通常提供 1.6T 到 3.2T 的总带宽。
英伟达的 Quantum CPO 包含 1.6T 引擎,并计划为 Spectrum 推出 3.2T 版本。
博通已经展示了其用于 Bailly 的 6.4T OE,但其外形尺寸非常大(是英伟达的 2-3 倍宽度),并且需要两个 FAU,因此其带宽密度可能与英伟达的产品相似。
Marvell 的 6.4T OE 也是如此,需要 2 个 FAU,因此占用很大的面积。
据我们所知,Marvell 的 OE 近期也不会投入任何量产系统。
正如我们所讨论的,英伟达 Spectrum-X 光子交换机中的 3.2T OE 实现并没有提供比长距离 SerDes 驱动的可插拔模块更高的 shoreline 带宽密度。
换句话说,光引擎密度必须扩展多次才能提供令人信服的性能优势并推动客户采用。这意味着既要扩展主机硅片和 OE EIC 之间的电接口,也要扩展从光纤输出的带宽量。
但是,如果我们能够自由地设计下一代互连,那么有哪些方法可以为这一代及以后解锁更大的带宽呢?
▉ 扩展带宽的关键方法
让我们讨论一下从共封装光引擎扩展带宽的关键方法:
继续使用基于电 SerDes 的 PHY:
通过使用短距离("SR")SerDes 替代长距离 SerDes,实现更简单的设计实现、更小的面积和更低的功耗。
这最终仍将受到电接口处 SerDes 速度的限制,我们在这个方向上的发展空间已经有限。
这里的想法是采用一个临时解决方案,因为硅设计人员可以避免重新设计其 I/O 架构。
此外,使用电 SerDes 提供了使用现有可插拔光器件和/或铜缆的灵活性,且无需更换硅片。
使用宽 I/O PHY(如 UCIe),以较低的波特率(如采用 NRZ 调制的 56G)工作:
这对光引擎的 EIC 要求较低,甚至可能不需要昂贵的混合键合,因为在低速下寄生效应不是大问题。
然而,使用低信号速率意味着离开光引擎的光纤数量会更快地成为瓶颈。波分复用(WDM)通过允许每根光纤并行承载多个数据流来帮助解决这个问题。
使用宽 I/O PHY(如 UCIe),然后让 EIC 将信号串行化到较少数量的光纤通道上:
继续使用高波特率和 PAM4 调制来最大化每个光通道的速度,如果需要,使用 WDM 方案添加多个波长,允许每对光纤有多个波长,从而进一步增加带宽。
在电方面的问题解决之后,下一个挑战是可以通过光纤承载多少 escape 带宽。
总光纤带宽取决于三个关键因素:
1)光纤数量(定义光通道数);
2)每通道速度;
3)每根光纤的波长数——每个因素都代表一个扩展方向。
最近,业界将概念分为两种主要方法:快而窄 vs 慢而宽。
快而窄设想每个 FAU 的光纤数量较少(最多几十根),每对光纤采用高速链路;
而慢而宽则基于更多数量的光纤对(可能具有更细的间距)和每对光纤低得多的带宽。
光纤密度受光纤间距的限制,单个 FAU 内的光纤总数受限于在良率出现问题之前的可制造性。
目前,光纤的最小间距为 127 微米(µm),意味着每毫米最多 8 根光纤。
业界正致力于实现 80µm 间距和多芯光纤,以进一步扩展给定面积可容纳的光纤数量。
然而,连接更多光纤带来了制造挑战:
A)光纤对准仍然涉及大量手工操作,容易造成良率损失,并且每增加一根需要对准的光纤,FAU 良率就会下降;Ficontec 等公司提供了自动化工具,但它们的吞吐量仍然很低。
B)耦合选择也很重要:边缘耦合将光纤阵列限制为单排,而光栅耦合可以支持多排。目前我们看到的最大型光纤阵列是 Nubis 的 36 芯光纤 2D FAU。
影响通道速度有两个维度:
A)波特率:定义每秒发送的符号数;当前的先进系统以 100 Gbaud 运行,而业界正推动向 200 Gbaud 发展。然而,更高的波特率对调制器在更高频率下切换提出了更高要求;在各种类型中,MZM 在这一指标上能力最强,并且有相对清晰的路径来实现 200 Gbaud。
B)调制:定义每个符号承载的比特数。NRZ(每符号 1 比特)和 PAM4(通过 4 种不同幅度实现每符号 2 比特)目前已被广泛采用。研究正在向 PAM6(约每符号 2.6 比特)和 PAM8(每符号 3 比特)扩展。通过使用光的不同相位以及多个幅度级别进行信号传输,可以实现更高阶的调制方案。DP-16QAM 实现了两个正交平面,每个平面有 4 种不同幅度、4 种不同相位,总共 256 种可能的信号——每信号传输 8 比特。
波分复用(WDM)。 光纤可以同时承载多个波长的光。例如,一根具有 8 个波长的光纤,每个波长以 200Gbit/s 传输数据,可以实现 1.6 Tbit/s 的总容量。
当今商用的 DWDM 解决方案通常提供 8 波长或 16 波长的配置。研究人员还在探索宽带谱、波段复用和交错技术来增加波长数量。
扩展波长数量的一个关键挑战是开发能够可靠且高效地生成多个光通道的可靠激光源。
yar Labs 的 Supernova 光源拥有能够产生 16 个波长的激光器(激光器由 Sivers 提供)。
Scintil 的晶圆级 InP 激光器同样提供多达 16 个波长,而 Xscape Photonics 正在开发一种可调谐梳状激光器,最多可提供 64 个波长。在各种调制器中,MRM 最适合处理多个波长,并具有内置的复用(mux)和解复用(demux)功能。
下表概述了将光引擎扩展到 12.8T 及更高带宽的几种方法。
Source: SemiAnalysis
▉ CPO 的采用进度与部署挑战
英伟达的首批 CPO 产品将用于后端 scale-out 交换机,其 InfiniBand CPO 将于 2025 年下半年推出,以太网 CPO 交换机将于 2026 年下半年推出。
我们认为,这一初始阶段将主要作为市场测试和供应链成熟度的准备阶段。我们预计 2026 年的总出货量在 1 万至 1.5 万台之间。
要让 CPO 的部署更进一步、更快并真正普及,还需要更有说服力的理由。两种可能性是:采用 CPO 带来显著的总拥有成本优势,或者将信号从交换 ASIC 驱动到交换机前面板所需的电 LR SerDes 遇到了速度或传输距离的硬性瓶颈。
数据中心运营商不喜欢部署基于 CPO 的系统有两个主要原因,这会抵消任何 TCO 优势:缺乏互操作性和可维护性挑战。
CPO 的挑战延伸到封装之外,进入整个系统。
光纤管理、前面板密度、外部激光器都是关键且具有挑战性的部分。
要实现 CPO,芯片公司需要提供客户可以部署的端到端解决方案。
这是我们所看到趋势的延续,尤其是在英伟达身上,他们专注于系统设计以扩展性能。
专有解决方案 vs 标准
CPO 采用的一个关键挑战是在克服业界对成熟且高度互操作的可插拔光模块模式的根深蒂固依赖的同时,实现互操作性。
互操作性有三个关键方面:
(1) 电气互操作性,
(2) 光学互操作性,
(3) 机械互操作性。
对于可插拔模块:
电气:通常由 OIF(光互联网论坛)处理。
光学:通常由 IEEE(有时也有 OIF)处理。IEEE 通过其 IEEE 802.3 标准发挥核心作用,该标准定义了以太网物理介质相关(PMD)层。这些规范涵盖了关键参数,如调制格式、通道速度、通道数量、传输距离和介质类型以及光信号的波长。通过遵循这些标准化的 PMD,来自不同供应商的收发器可以互换使用,确保跨多供应商生态系统的真正即插即用兼容性。
机械:通常由 MSA(多源协议)处理。MSA 定义了专门的解决方案,并确保在官方 IEEE 标准之外的多供应商互操作性。
通过 OIF、IEEE 标准和 MSA 的结合,可插拔收发器实现了广泛的互操作性和强大的多供应商生态系统。
对于 CPO:
需要理解的是,CPO 目前处于"狂野西部"阶段,一些解决方案和架构决策正朝着完全专有的外形尺寸发展。
这正是新的 OIF 高密度互连努力(如 CPX 范式)试图解决的问题。
一旦 (1)+(2)+(3) 都得到解决,CPO 在操作上就可以与可插拔模块非常相似,这将有助于实现广泛采用。
然而,目前 CPO 还没有像可插拔模块那样达到同等程度的标准遵循,也无法保证达到光收发器那样的互操作性水平。
部分挑战在于供应商正在推动系统级解决方案,而不是单独向设备制造商销售芯片。
这是因为 CPO 的挑战延伸到封装之外,进入整个系统。
管理光纤、前面板密度、调制器架构和外部激光器都是关键且具有挑战性的部分。
为了启动 CPO 的采用,像英伟达这样的公司需要从提供端到端解决方案开始。
一种可能的做法是在组件层面采用标准化解决方案,即共封装光引擎遵循标准化的光纤接口,其光子组件(如激光器、调制器和光电二极管)在波长、速度和调制方面符合以太网标准或 MSA。
这将实现真正的互操作性,让客户可以混合搭配来自不同供应商的产品,而无需从单一供应商采购所有设备。
如果光引擎是可插拔的,运营商可以在发生故障时轻松更换。
这种标准化还将创造一个更具竞争力和更强大的多供应商市场,从而为客户降低成本。
还将允许客户根据交货时间、价格或独特功能选择各种供应商,而无需受制于单一供应商。
可维护性与可靠性
在 CPO 被广泛采用之前必须解决的一个问题来自光纤耦合。
将光纤连接到可插拔光模块中的硅光器件相对简单,而将光纤耦合到用于 CPO 的光引擎则更具挑战性。
在 CPO 系统中,光纤必须以亚微米精度精确对准,才能将光耦合到芯片上非常小的波导中(宽度和高度通常都小于一微米),而可插拔模块则使用预先对准的标准化连接器,因此麻烦较少。
此外,在基于 CPO 的系统中,光纤耦合发生在狭小且热活动频繁的交换机机箱内,而可插拔模块的光纤耦合则远离器件的主封装。
虽然铜基电通信在插入损耗和信号完整性方面不如光纤,但铜在其他方面通常是可靠的。
光器件天生对温度敏感。
工作温度的变化会改变激光波长,降低组件效率,并对可靠性产生负面影响,通常需要专门的温度控制或校准机制。
此外,光子组件也会随着时间的推移自然退化,由于老化、污染或机械应力而逐渐失去光学效率,进一步挑战长期可靠性。
环境因素,如灰尘、湿度和机械扰动,对光学系统的影响更大,使其比铜基电链路更脆弱。
这些环境和操作挑战直接延伸到物理光纤本身。
光纤性能对物理扰动高度敏感,尤其是弯曲,这不仅会增加光学插入损耗,还会加速断裂和故障。
在一个包含多个光纤阵列的机箱中(每个光引擎通常有两个阵列,一个用于连接器,另一个来自 ELS 用于光源),每个阵列的布线都必须考虑严格的拓扑约束。
每根独立的光纤链路都需要独特的长度,以考虑从前面板到每个光引擎的距离变化以及相邻阵列带来的布线限制。
从下方 Quantum-X CPO 交换机的特写图中可以看到,来自光引擎的光纤带需要通过光纤盒进行布线,以妥善管理光纤。
FAU 是可拆卸的,以便在需要更换时处理断裂情况。
但交换机内部更复杂的光纤布线意味着,更换光纤/FAU 远比更换一个损坏的可插拔收发器(只需在前面板前热插拔即可)要繁重得多。
在 CPO 交换机的情况下,工程师需要进入箱子/机箱内部,移除损坏的 FAU,然后通过光纤盒正确连接新的 FAU。
这需要在不妨碍其他光纤的情况下完成。
虽然英伟达一直强调 CPO 的可靠性优势,
但可维护性是另一个值得更详细讨论的要素。
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时间: 2026-6-10 15:16
作者: txrjyjac
股市上都不敢碰cpo了。
时间: 2026-6-10 15:17
作者: lesgo
txrjyjac 发表于 2026-6-10 15:16 
股市上都不敢碰cpo了。
现在CPO概念的明显太热了
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