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基础知识:NPO的多模与单模方案及封装布局

Posted on 2026-10-152026-10-16 by 李, 东霏

阿里云:3.2T NPO技术进展及路线梳理

腾讯:3.2T NPO近封装方案进展与规模化部署

意法半导体:支持NPO/CPO的硅光工艺平台进展

新易盛:基于 VCSEL 的 NPO 光引擎

最近写了不少 NPO 方面的文章,今天来简单梳理一下 NPO 的知识。

在数据中心里,功耗和散热是最大的成本之一。传统可插拔光模块要走十几到几十 cm 的电信号,I/O 接口的功耗非常高。

NPO 基础知识 图1

这种长距离走线会导致严重的插入损耗和信号失真。为了补偿,系统不得不使用高功耗的 Retimer 芯片和昂贵的超低损耗 PCB 板材。

NPO 基础知识 图2

所以,NPO 的目的就是把光引擎从面板边缘移到 ASIC 芯片旁边(近封装)。电信号只需在 PCB 上走几 cm 甚至几 mm 就能到达光引擎。

NPO 系统架构按光源来源可分为两类:NPO 多模方案和 NPO 单模方案。

在 NPO 多模方案里,光源用的是 VCSEL 阵列,直接集成在 NPO 光引擎内部。光引擎用 VCSEL 阵列产生调制光后,再通过光纤阵列耦合到 NPO 模块的输出接口。

NPO 基础知识 图3

VCSEL 是光源直调,改变注入电流就能直接调制出高速光信号,不需要单独配硅光调制器,结构简单、成本低,但传输距离较短。

NPO 基础知识 图4

NPO 单模方案采用外部激光源(ELS),也就是把激光器单独封装成符合 OIF 标准定义的 ELSFP 模块,再由这个模块给 NPO 光引擎提供连续光上。

NPO 基础知识 图5

ELSFP 提供的光源,经保偏光纤阵列输入 NPO 光引擎。ELSFP 与 OE 之间通常通过 MPO/MT 连接器对接。

光引擎内部集成硅光 MZM 调制器或微环 MRM 调制器,将电信号调制到 CW 光上。

NPO 基础知识 图6

采用外置 CW 光源的好处是,ELSFP 与光引擎物理分离,激光器热量不影响对温度敏感的光引擎,比如基于微环调制器的光引擎。

同时,ELSFP 支持面板热插拔,若激光器故障,只需更换 ELSFP 模块,无需拆卸整个 NPO 模块。

不管是单模还是多模 NPO,行业建议复用现有成熟的 QSFP-DD/OSFP-XD/OSFP 等标准金手指连接器笼座,把 NPO 光引擎封装成传统可插拔光模块的形态。

基于标准化的金手指标准,NPO 模块与 PCB 主板的连接布局主要有水平和垂直两种。

水平布局时,NPO 模块平行于主板,通过金手指平铺在主芯片周围,工艺成熟,但占用较大平面空间。

NPO 基础知识 图7

可以采用可插拔光模块中已成熟应用的双层连接器形态,通过双层叠加,在不增加模块宽度的情况下,实现光通道数量 2 倍扩展。

NPO 基础知识 图8

另一种是 NPO 模块垂直于主板,通过垂直金手指直立插接,节省主芯片周边平面空间,但对垂直高度有要求。

NPO 基础知识 图9

复用现有成熟的 QSFP-DD/OSFP-XD/OSFP 等成熟 MSA 行业规范标准,无需开发全新接口标准,可直接对接现有交换机 ASIC。

最后简单汇总对比一下。

NPO 基础知识 图10

支持NPO与CPO的两类CPX插座接口

村田:基于低温共烧陶瓷的NPO/CPO技术与演进路线

Marvell:关于AI集群光互联选型与NPO机遇及挑战的观点

感谢阅读,

若有不准确的地方请见谅!

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李东霏
【香农信息技术研究院】

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