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在 AI 集群内部,光互连大致分三类:机架内(Scale-up)、机列间(Scale-out)和集群间 DCI(Scale-across)。

其中机架内的场景距离最短,但对功耗和集成度要求也最严苛,偏向高集成的 ACC、NPO/CPO 方案。
机列间属于中短距,主流用 800G、1.6T 可插拔模块(FRO)和 LPO 线性光模块。更远距离的场景,则需要 ZR/ZR+ 相干、DWDM 这些长距方案。
从当前部署看,主流仍是单通道 212.5G PAM4 调制的硅光 1.6T OSFP 模块。下一代会向 425G-PAM4 演进,并采用 InP/TFLN 调制器的 3.2T OSFP。

比如说基于 200G/lane 的 1.6T 以太网方案,短距采用普通 IMDD 直检方案,使用 850nm VCSEL,以及 1310nm DML/EML 和硅光方案。

而中长距离呢,因为噪声和损耗变大,就必须换成 1550nm 的相干方案,采用 DP-16QAM 调制。
后续演进到 3.2T,主要靠两个方向提带宽:一是单通道速率从 224G 提升到 448G,通道数减半;二是单通道速率不变,通道数加倍,比如 16x200G。

调制方式上,主流继续沿用 PAM4,产业成熟、容易落地,但器件带宽压力很大;PAM6 能降低器件压力,但对信噪比和线性度要求极高,目前还不成熟。

传统光模块以可插拔 FRO 光模块为主,模块内置完整 DSP 芯片,信号处理能力强,但功耗很高。可以采用线性架构,移除模块内部 DSP 来降功耗。

800G 模块功耗从 15 W 降到 8 W,1.6T 模块功耗从 26 W 降到 10 W,能缓解整机散热压力,也能降低每比特传输能耗。
但是呢,即便采用线性驱动的 LPO 方案,速率越高对色散和连接器损耗的要求越严苛,高速器件和链路设计难度大幅提升。比如说 224G-DR 的光指标就比 112G 要高很多。

线性结构的 LPO 解决了 DSP 带来的功耗难题,但可插拔模块依然有 PCB 走线损耗和电互连瓶颈。所以 LPO 只是 AI 光互连演进中的一个中间阶段。
业界普遍认为光互连最终会向 CPO/OIO 演进。CPO 的光引擎与 ASIC 共用基板,信号完整性最好,但可维护性差、散热困难、产业链封闭、大规模量产难度高。

与 CPO 不同,NPO 光引擎不与 ASIC 共用基板,支持光引擎插拔,热源分散,生态更开放,已有成熟技术基础,更适合近期规模部署。

对 NPO 来说,当前问题是不同厂商在封装、接口、光引擎和光源架构上并不统一,交换机适配成本较高,需要标准来规范。

目前已有一些标准,比如 OCTC 近期发布的《NPO 通用技术标准(技术报告)》等。
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