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AI集群Scale-up/Scale-out/Scale-across三类场景需求分化示意图:机架内XPU互连、Pod级跨机架互连与跨数据中心互连

Marvell:关于 AI 集群光互联选型与 NPO 机遇及挑战的观点

Posted on 2026-09-302026-09-30 by

相关阅读(Marvell 系列):Marvell 的 Scale Up/out 的一些观点 + 102.4T CPO 交换机 | Marvell:1.6T 相干光学的技术演进与产品路线

在 CIOE2026 上,Marvell 分享了其对 Scale-up 和 Scale-out 光互联趋势的看法。

Marvell 认为,AI 算力集群中的 Scale-up、Scale-out 和 Scale-across,对带宽、时延和拓扑的需求完全不同,不能套用同一套方案。

AI集群Scale-up/Scale-out/Scale-across三类场景需求分化示意图:机架内XPU互连、Pod级跨机架互连与跨数据中心互连
Scale-up / Scale-out / Scale-across 场景需求分化(图源:Optical Fiber Communication)

机架内的 Scale-up 追求极致性能和低时延,采用铜缆还是光纤取决于实际需求。

跨机架的 Pod 级 Scale-out 时延要求放宽到毫秒级。因为距离超出机架,电信号衰减严重,必须采用光互联方案。

Scale-up与Scale-out技术方案选择:Scale-up直连XPU或经NV/Eth交换机,从铜互联走向光互联与NPO/CPO 100G到200G;Scale-out经NIC和IB/Eth交换机,可插拔100G到400G,PAM与Coherent-lite
Scale-up / Scale-out 的技术方案选择(图源:Optical Fiber Communication)

Marvell 对比了几种光互联方案。随着光器件靠近交换 ASIC,电气通道损耗逐步下降。NPO 和 CPO 相比传统可插拔光模块功耗减半,但可维护性随也降低了。

可插拔光模块、NPO近封装与CPO共封装三种光互联方案对比示意图:光器件逐步靠近交换ASIC,电气通道损耗逐步下降
可插拔 → NPO → CPO:光器件逐步靠近 ASIC(图源:Optical Fiber Communication)

从技术定位上看,NPO 是过渡方案,CPO 是最终形态,二者主要面向 Scale‑up 紧耦合超节点应用。

不过,Marvell 认为可插拔方案依然是 Scale-out 的主流。随着单通道速率提升,PAM4 传输距离越来越短。

800G 时代尚不存在该问题,但到了 1.6T,PAM4 传输距离仅有约 2~3 km,导致 2~10 km 的园区互联场景需要引入 Coherent-lite 轻量相干技术。

针对园区传输距离优化的轻相干技术:800G、1.6T、3.2T各速率下PAM4、Coherent-lite与Coherent方案的覆盖距离分代
园区传输距离优化的轻相干技术分代(图源:Optical Fiber Communication)

特别的,进入 3.2T 后,Scale-out 短距离可继续用 PAM4 的 FRO 方案,但园区中长距必须改用 Coherent-lite 轻量相干方案来恢复长距传输能力。

PAM4传输距离随速率递减表:800G约10km、1.6T约3km、3.2T约500m,3.2T引入Coherent-lite后可恢复到约10km
PAM4 传输距离随速率递减,3.2T 需 Coherent-lite(图源:Optical Fiber Communication)
Scale-out趋势及向3.2T的技术演进:从PAM FRO、LPO、AOC、AEC组合,到引入PAM TRO与NPO,再到引入Coherent-Lite
Scale-out 方案构成向 3.2T 的演进(图源:Optical Fiber Communication)

另外,在 1.6T/3.2T 时代,多个机架的 XPU 数量将达到数千个。交换机前面板的空间、散热和供电达到物理极限,因此也需要在交换机侧引入 NPO 方案。

可以说,NPO 方案能部分应用于 Scale-out 场景。同时 Scale-up 正从机架向机列延伸,覆盖 Scale-out 跨机架的高密度短距离互连需求。

Scale-up网络从机架向机列演进:机架级Pod数百个XPU采用铜缆、ACC、AEC连接,机列级Pod超1000个XPU采用光互联,速率224G到448G
Scale-up 网络:从机架级 Pod 走向机列级 Pod(图源:Optical Fiber Communication)

不过,Marvell 认为在短距离场景中,铜缆凭借低功耗和低成本依然是主流方案。

例如 2025 年 6 月,Marvell 发布过一款用于 AEC 有源铜缆的 Alaska® A 1.6T PAM4 DSP 方案,专为机架内短距离连接设计,支持 1~3 m 传输距离(了解更多)。

Marvell Alaska A 1.6T AEC方案:内置Retimer/Gearbox、FEC监控与200/100/50G SerDes的1.6T PAM4 DSP架构,线缆两端各一颗Alaska A DSP芯片
基于 Alaska® A DSP 的 1.6T AEC 方案(图源:Optical Fiber Communication)

然而,当单通道速率达到 200G/400G 时,电信号从交换机 ASIC 到前面板可插拔模块的 PCB 走线损耗急剧增加。

此时便需要 NPO/CPO 方案来缩短高速电信号走线距离,以此降低功耗和时延。

Scale-up互联市场光进铜退趋势:100G/lane以无源铜缆DAC和有源铜缆AEC/ACC为主,200G/lane起NPO/CPO占比上升,400G/lane NPO/CPO占比过半
Scale-up 互联市场的发展趋势:光进铜退(图源:Optical Fiber Communication)

目前,800G 和 1.6T 的 FRO/TRO/LPO 产品出货量已达数千万只。产业链可以在现有已验证的 TIA 和 Driver 基础上,优化 TRO 与 LPO,甚至仅去掉 DSP 来开发 NPO/CPO 光引擎。

基于可插拔模块技术发展NPO/CPO:在可插拔DSP方案基础上,去掉DSP形成可插拔线性方案与NPO/CPO两条演进路线
基于可插拔模块技术发展 NPO/CPO(图源:Optical Fiber Communication)

Marvell 认为,一方面,大量 XPU 互联需要 NPO/CPO 的低时延和低功耗,解决算力机柜内部的互联痛点。

另一方面,产业已具备落地基础。单通道 100G 的 LPO 方案已验证并部署,单通道 200G 的 NPO 近封装性能也验证良好。

而且,硅光 PIC、TIA、Driver、高速连接器和基板等整条供应链逐步成熟,NPO 已具备落地条件。

NPO/CPO产业生态成熟度:CPX-MSA连接器标准于OFC2026发布,Samtec、Molex、TE提供封装连接器,主流模块厂自研PIC,Xphor、Silith、Terahop旭创提供第三方商用PIC,Marvell、Semtech提供高速TIA与驱动器
NPO/CPO 产业生态成熟度(图源:Optical Fiber Communication)

但是,就跟 阿里云:3.2T NPO 技术进展及路线梳理 文章的结尾描述一样,Marvell 同样认为 NPO 也面临一些亟待解决的问题。

比如说高精度光学对准和光纤耦合,随着通道数量增加,难度明显要高于传统可插拔模块。

高密度封装带来良率风险,一旦单个通道失效,直接影响整个光引擎组件,封装工艺比普通光模块复杂得多。

此外,可靠性和热管理也是挑战,紧邻高热的交换芯片,局部温升会造成激光器波长漂移、功耗抬升、寿命缩短,显著增加整机散热架构设计难度。

最后是可维护性问题,NPO 光引擎部署在线卡板子内部,就算做成 CPX 插座式可拆卸版本,现场更换依然很不方便。

感谢阅读。

若有不准确的地方请见谅!

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延伸阅读

  • 华工正源:3.2T 方案进展与 NPO 演进路线
  • OCS 是什么?光交换机的工作原理、MEMS 技术与产业格局
  • EML 是什么?电吸收调制激光器(EML)的工作原理、应用与演进
Category: 光器件与模块, 光通信

博主
李东霏
【香农信息技术研究院】

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