数据中心光互连技术转型 - 数据中心向共封装光学(CPO)交换机转型趋势明确，主要驱动力在于CPO带来的显著功耗节省[1] - Arista联合创始人Andy Bechtolsheim仍主张线性可插拔光学(LPO)在1600G代际与CPO功率效率相当，且LPO功耗较传统可插拔器件降低30-50%[1] - 行业在CPO可靠性方面取得显著进展，展望400G每通道SerDes代际时CPO可能成为唯一可行选择[2] CPO技术方案对比 博通方案 - 推出Bailly CPO交换机，基于Tomohawk-5 ASIC，集成八个6.4Tbps光引擎，总带宽51.2Tb/s[12] - 下一代102.4Tbps CPO交换机预计采用改进的硅光子引擎，每个引擎带宽12.8Tbps以上[14] - 采用边缘耦合光纤连接，每个光引擎配备16对光纤，使用CWDM技术实现4λ×100G配置[23] - 每个800Gb/s端口功耗约5.5W，较传统可插拔模块15W降低3倍[32] 英伟达方案 - Quantum-X InfiniBand交换机系统具备144个800Gb/s端口，总带宽115.2Tbps，采用四个28.8Tbps CPO封装[16] - Spectrum-X以太网交换机系列提供128个800G端口(102.4Tb/s)和512个800G端口(409.6Tb/s)配置[17] - 采用可拆卸光子组件(OSA)设计，每个封装含六个OSA模块，提升可维护性[19] - 使用微环谐振器调制器(MRM)，功耗仅1-2pJ/bit，较MZM的5-10pJ/bit显著降低[30] 技术实现细节 集成方案 - 硅中介层方案通过高密度D2D链路缩短核心裸片与光引擎连接，但热管理复杂且成本较高[6] - 有机基板方案将光引擎布置在主裸片周围，允许独立散热和模块化测试，成为主流集成方案[7][8] 关键指标 - 带宽密度定义为沿光接口边缘每毫米传输数据量(Tbps/mm)，对满足爆炸式带宽需求至关重要[9] - 博通光引擎通过有机基板短连接实现6.4Tbps带宽，英伟达采用台积电COUPE工艺堆叠EIC/PIC[19] 光纤与激光器 - 博通使用16个可插拔激光模块，每个6.4T引擎配两个模块；英伟达仅需18个模块服务144个800G通道[28] - 英伟达Quantum-X每个CPO封装有324个光连接，其中288根光纤用于数据传输[24] 未来技术方向 - 垂直耦合、多芯光纤(MCF)和密集光纤间距(可达18µm)技术正在突破边缘长度限制[35][36] - 光子织物/中介层方案将光基础层与计算小芯片3D堆叠，可提供超大光I/O表面[44][45] - 光背板/中板链路可取代铜缆实现机架内连接，显著减轻重量和拥塞[42] 行业挑战与机遇 - CPO将颠覆现有供应链模式，导致厂商锁定和运营复杂性增加[39] - 热管理成为关键挑战，液冷成为高密度CPO系统的必要解决方案[40] - 纵向扩展场景(如英伟达GPU集群)可能率先大规模采用CPO技术[41] - 当前CPO成本优势不明显，需通过量产实现经济性突破[39]