11/23/2023,光纤在线讯,
摘要:随着数据中心网络向太比特速率扩展,诸如同封装光学(cpo)之类的新型光互连架构应运而生,以高效的方式提供所需带宽。本文检视cpo背后的动机,它在光互联网论坛(oif)最近发布的cpo模块标准中的实现情况,以及可能的采用障碍以阐明cpo的概念及其相对现有的插装光模块的优势。尽管cpo承诺显着的功率降低,但围绕供应商锁定、可靠性和插装产品的持续进步等问题仍存在疑虑。但标准的制定对cpo成为颠覆性光技术迈出了重要一步。
简介:
数据中心网络持续扩展以跟上云计算、5g、ai等带宽密集型应用推动的数据强需求的世界。随着速率从400g提升到800g再到1.6t及以上,现有的电气和光互连面临提供所需带宽的能效挑战,推动了cpo等新型光互连架构的出现。
cpo通过在交换机asic旁紧密集成光引擎来最小化互联损耗和延迟,有别于传统通过电气迹线将信号路由到前面板的插装光模块的做法。如文中所述,相比插装模块,cpo可将每比特能耗降低5倍或更多。但cpo的实现伴随集成、热管理和供应商锁定等挑战。
本文检视cpo的动机、在oif最近发布的标准中的实施情况,及可能的采用障碍。尽管业内对cpo和插装产品路线图存在疑问,但标准的制定是这项潜在颠覆性技术迈出的重要一步。
采用cpo技术的动机
cpo技术主要解决数据中心网络中存在的带宽和功耗瓶颈,特别是交换机与光模块之间的互连环节。随着速率进入太比特时代,现有插装模块的能耗低效已越来越不可持续。
如文中图1所示,插装光模块需要信号在交换机asic和前面板模块之间经过长pcb迹线传输,依靠功率密集型serdes,每400g以太网交换机功耗可达100w(数据来源synopsys)。
图1:cpo演进图 来源:synopsys
cpo通过在硅片间器件或多芯片模块上集成光引擎与交换机asic实现了超短的低损耗互连,大幅降低了功耗。cpo可将每比特能耗降低到3pj以下,较插装模块低5倍。
此外,cpo通过集成多个并行光学组件可实现更高的带宽密度,并通过更紧密的集成降低延迟。这些优势使其成为数据中心网络扩展的一种有吸引力的选择。
cpo技术的oif标准
为实现不同供应商cpo模块间的互操作性,需要制定标准。光互联网论坛(oif)近期发布了涵盖3.2tb/s cpo模块的实施协议。
如图2所示,oif标准定义了一个搭载8个400gb/s光接口,支持fr4和dr4模式的cpo模块,可实现每毫米140gb/s的高密度。主机接口为32条112gb/s超短距离serdes通道,向下兼容50gb/s。
图2:光互连演进图 来源:ase
oif cpo标准的关键点包括:
- 高密度8x400gb/s光接口
- fr4和dr4模式支持不同的光纤/信道配置
- 32条112gb/s超短距离主机电接口
- 向后兼容56gb/s主机接口
- 支持光学引擎和铜缆组装
通过定义数据速率、覆盖范围、光纤模式和主机接口方面的互操作规范,oif标准有助于多供应商cpo生态系统的发展,是推进cpo广泛采用的重要一步。
cpo技术的采用障碍
尽管具有重大效益,cpo的推广面临诸多潜在障碍,如可靠性、集成复杂度、供应商锁定,以及插装产品的持续进步。
关键问题之一是故障模式和更换。由于cpo模块集成了多个高速链路,任何故障都需要更换整个交换机主板,而不仅是换一个插装模块。高功率密度也带来热管理难题。
供应商锁定也是一个问题。大型数据中心用户倾向开放的插装模块市场,如果cpo将其锁定指定交换机供应商可能会遇阻。cpo的开发与交换机asic路线图对齐也存在挑战。
最后,插装产品成本和性能持续改进,行业可能会比预期延长插装产品的使用周期。但从长远来看,cpo在实现太比特速率方面似乎势在必行。
总结
cpo在提升带宽密度、功耗效率和降低延迟等方面给下一代数据中心网络带来重大效益。oif的cpo模块标准有助形成互操作生态。但在集成、供应商锁定、可靠性和插装产品更新等方面仍面临采用挑战。如果能够克服这些困难,cpo可能会成为1.6tb/s及以上速率的数据通信应用中的颠覆性光技术。业界对cpo的热情和标准进展都是积极的象征。
(来源:逍遥科技)