Page 34 - 网络电信2024年9月刊
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面向单点集群的数据中心内部(DCN)光通信                                 对于400G、800G乃至1.6T光模块而言，线性驱动可插拔
技术                                                  光模块(LPO)和线性接收光模块(LRO)成为低功耗与低时延的方
                                                    案。标准光模块、LPO封装、LRO封装对比如图1所示，标准封装
      当前，高速光模块电接口单通道100G SerDes(串行器/解               的光模块通常集成了数字信号处理(DSP)芯片，而LPO与LRO光模
串器)速率技术已成熟，配合100G与200G的光口速率，可分别应                    块则将DSP芯片移至设备侧。其中，LRO光模块仅在发端部署DSP
用于400G与800G短距光模块。对于1.6T的短距光模块，可采用                   芯片，接收端采用线性接收的方式，虽然这种光模块的封装形
200G SerDes技术，配合200G光口速率实现。目前来看，电接口                 态不如LPO降低的功耗与成本多，但与传统包含完全重定时的模
单通道200G SerDes技术预计于2025年启动研究。高速光模块标                 块相比有在一定程度的降低。需要指出的是，LPO光模块由于无
准进展情况如表1所示，从标准化角度来看，目前部分标准组织                        DSP芯片，在互操作方面仍然存在挑战。目前，业界有11家企业
的800G光模块相关标准已基本完成，如IPEC(国际光电委员会)                    联合成立了LPO-MSA，于2024年第三季度完成LPO系列标准。对
与IEEE(电气电子工程师学会)标准协会等，而1.6T的光模块相                    于3.2T甚至更高速率的光模块而言，共封装光学(CPO)或为主流
关标准正处于研究阶段。                                         封装形态。相较于传统可插拔模块，CPO模块的功耗更低、每路
                                                    的速率更高、电路衰耗更低，有利于进一步提升带宽，且集成
 表1 高速光模块标准进展情况                                     度高，降成本的潜力较大。

                                                          在100G SerDes速率下，LPO与LRO技术可以有效降低成本
                                                    与功耗，但面向200G SerDes速率下的LPO技术，业界观点仍有
                                                    一定的分歧。在今年OFC(光纤通信大会)上，业界专家学者展开
                                                    了激烈的讨论：Macom与Arista对LPO在200G SerDes下的应用
                                                    持积极态度，而华为、Meta与谷歌等公司考虑到高速SerDes的
                                                    链路噪声与劣化等，认为LPO在200G SerDes时代应该引入CDR，
                                                    并采用传统的DSP方案以提高性能。总体来看，LPO与LRO在100G
                                                    SerDes时代的优势已得到业界的认可，而面向更高速率的DCN互
                                                    联，还有待进一步探究；而CPO技术因其光电共封装的特性，更
                                                    加适用于高速互联场景。因此，面向下一代更高速的DCN场景，
                                                    CPO或将成为一个具备优势的技术方案；而对于可插拔性与模块
                                                    成本敏感的短距离场景而言，LPO或将成为未来演进趋势。

      对于单点集群，能耗与成本一直是关注的焦点。其中，高                           单点集群的另一个关键技术是OCS，近些年因被谷歌大力推
速光模块的封装技术在近期也呈现多元化演进趋势，尤其是光                         动在数据中心内应用而受到广泛关注。相较于传统的电交换，
模块速率的持续提升，对功耗控制、单比特传输成本优化、传                         OCS技术省去了“光-电-光”这一过程，降低了传输的时延与功
输时延降低等方面提出了更高的要求。                                   耗，并具备全光透明的特性。
 图1 标准光模块、LPO封装、LRO封装对比
                                                          目前，OCS产品有多种实现方式，主流的如压电陶瓷方案、
         注：中英文对照如下，FEC（前向纠错）、DSP（数字信号处理）、CDR（时钟数据恢  微电机系统(MEMS)方案以及硅基液晶(LCoS)方案等。压电陶瓷
                                                    方案采用压电陶瓷材料带动准直器旋转，在空间直接耦合对准
复）、DRV（驱动器）、TIA（跨阻放大器）、TOSA（光发射组件）、ROSA（光接收组件）。     (“针尖对麦芒”)，实现任意端口光路切换，目前矩阵规模最
                                                    大可实现576×576，基于压电陶瓷方案的OCS产品具有光开关矩
                                                    阵规模特别大、插回损超低、切换时间短等特点；MEMS方案采
                                                    用微型镜片在二维/三维方向转动，对输入信号进行反射，从而
                                                    实现任意端口光路切换，目前矩阵规模最大可实现320×320，
                                                    基于MEMS方案的OCS产品具有功耗低、时延低的特点，但切换
                                                    时间长、校准时间长且成本和插损较高；其他光开关方案诸
                                                    如硅基液晶方案、液晶光开关、二氧化硅平面光波导(Silica
                                                    PLC)、热光开关、电光开关等也可实现OCS产品，基于硅基液晶
                                                    技术的OCS产品可靠性高，切换时间短(200ms以内)，但成本较
                                                    高，而基于其他光开关方案的OCS产品性能仍需进一步验证。

                                                          OCS技术在数据中心的典型应用有两种：一种是谷歌将
                                                    Spine层传统电交换机用OCS代替，另一种是英伟达在Spine、
                                                    Leaf与AI服务器之间加入OCS。对于前者，谷歌进一步引入了波
                                                    分复用技术，并在链路中加入了环形器，实现在单根光纤上的
                                                    速率翻倍；对于后者，OCS技术的引入主要通过控制器构建全新

网络电信 二零二四年十月                                        55
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