LightCounting:不止于创新,CPO/NPO迈向规模化部署的“三大门槛”
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来源:C114
LightCounting举办NPO/CPO研讨会,讨论了CPO与NPO的共存、技术挑战、架构、激光器技术等。多家企业介绍了相关技术和产品,包括华为、英伟达等。功耗是AI工厂的首要制约因素,CPO功耗最优,NPO提供灵活性。

C114讯 8月10日消息(水易)近日,光通信市场研究机构LightCounting举办第二届线上NPO/CPO研讨会。核心议题包括:

Open CPX MSA、OIF及IPEC均将NPO机械规格列为目标规范,这几大标准化组织之间的工作是否存在协同?

CPO与NPO将长期共存。究竟哪些厂商会采用CPO?其核心驱动力是什么?CPO是否仅为少数具备垂直整合能力的头部厂商的专属赛道?NPO的出现如何影响CPO的规模化部署节奏?

使能技术不能止于创新突破,规模部署需可靠性、可维护性及可制造等门槛。值得注意的是,所有使能技术供应商均作出了正面回应。

光纤连接方案在本次会议中明显未被涉及,而这是当前面临的最大技术挑战之一。

功耗是AI工厂的首要制约因素,尤其在Scale-Out架构中。CPO无疑是功耗表现最优的方案,而NPO则提供了灵活性。

Open CPX MSA

Coherent的Justin Abbott为会议开场,重点介绍了将CPO/NPO作为可插拔互连技术所带来的优势,包括更低功耗、更高的带宽密度、更好的Scale-Up连接和更低的每比特成本。不过,他指出,仅靠创新并不能决定采用,部署信心才是关键。而塑造信心的是可维护性、可制造性和可靠性,三者缺一不可。

会上提出了许多不争的事实:创新正在加速,但部署挑战仍然存在,包括可靠性、可维护性和可制造性。多种架构将共存,技术验证至关重要。会上展示了200G电气通道仿真和测试结果,后者证实了仿真结果,并为下一步工作提供了指导。

激光器技术的演进是一个热门且持续探讨的话题,Justin Abbott解释说,这一方向包括外部激光、内置(模块内部)激光以及集成式(片上)激光,但时间节点尚不确定。NPO可能会率先于CPO开始向内置和集成式激光器过渡。

Ciena的Ian Alderdice同时也是Open CPX MSA的主席,他重点介绍了他们如何致力于加速部署,证据是仅用8个月就拿出了第一版规范。LightCounting希望在2027年9月看到首批产品量产,2028年9月实现部署。到时能否交付?客户是否愿意承担风险?仍存疑问。

Open CPX MSA将可插拔光模块的优势带入CPO/NPO,同时带来了领先的供应链,仅此一点就大大增强了信心。

这一方案是将新事物标准化,复用已被证明的技术。需要定义的CPX项目包括机械外形、射频连接器和引脚、电源和控制连接器和引脚,以及热接口。光学、电气和管理规范将从行业标准中复用。计划是利用已被证明的CMIS标准,仅在需要的地方进行扩展。

Samtec的Matthew Burns专注于电气领域。会上重点介绍了支持212.5G信令的可插拔插座。重要的是,这包括了表面贴装回流焊技术和具有多个来源的供应链韧性。

下图重点展示了单插座CPO和NPO的对比。在200G速率下,插入损耗差异约为5dB,NPO的损耗更高。英伟达网络高级副总裁Gilad Shainer在评论中明确表示,CPO将提供最佳性能,这意味着更低的误码率、更低的延迟、更低的功耗和最佳的可靠性。

此外,他还重点介绍了两种CPX插座/模块类型——分离式射频和MP(多极,即专为承载多个电路而设计的连接器)插座,以及单个射频和MP插座。

Samtec报告称,目前MSA的工作重点是光连接,铜缆连接则有待推进。LightCounting预计,在未来10年内,铜缆连接不会完全被光通信取代,因此,为Open CPX MSA提供铜缆选项是一个巨大的优势。

TeraHop的于让尘博士强调了CPX MSA在人工智能规模扩展方面的应用。他很好地总结了MSA的丰富性:创始成员代表了光电子行业的主流厂商;支持连接器设计与集成方案,包括外部和内置激光选项;涵盖硅光子(SiPh)、VCSEL、TFLN等多种技术选择;同时具备丰富的NPO与CPO应用场景组合。

这些场景包括用于xPUS Scale-Up的NPO、用于交换机Scale-Up/Out的NPO、用于交换机Scale-Up/Out的CPO,以及集成光学连接(即HDI板上的光引擎通过弹性体高密度、高速低损耗连接器连接到ASIC基板)。于让尘博士还介绍了CPX路线图愿景。

会上提出了增加带宽的多种路径,提高电气通道速度和/或按照OCI MSA增加波长数量。OCI MSA最有可能在今年晚些时候提出替代外形尺寸。

理想情况下,行业从一开始就应统一采用一种外形尺寸,但现实世界是由竞争驱动的。业界曾就QSFP-DD和OSFP的优缺点展开过激烈辩论。这两种外形尺寸都取得了巨大成功,如今当然有空间容纳两种,甚至可能还有三、四或五种CPO/NPO变体并存。以太网光模块的出货量在过去十年中增长了10倍,预计未来五年还将增长5倍。

其他标准组织

Ranovus的Jeff Hutchins同时是OIF物理与链路层(PLL) EEI(能效接口)的副主席,他专注于AI的高效能接口。

OIF已为业界服务25年以上。他重点介绍了2025年8月发布的外部激光小型可插拔实施协议。此外,还重点介绍了2022年2月发布的共封装组件基板框架文档。

下图展示了互连能效优势的一个示例。在72个GPU的集群中,与可插拔光模块相比,使用CPO预计可将能效从15pJ/b提升到4pJ/b。该图清晰地表明,Scale-Up互连必须具备高能效。

大规模Scale-Up的主要目标包括减少链路错误。研究表明,CPO能够降低链路错误,从而提高正常运行时间和设备利用率。此外,Scale-Up基础设施对成本敏感,因此双向传输颇具吸引力,因为它可将光纤成本降低一半。在市场分析中通常关注模块的成本,但对于高密度Scale-Up网络而言,光纤的成本可能更为关键,尽管距离较短,但光纤的数量却非常庞大。

当今的挑战是在AI的时间表上制定标准。现实是AI Scale-Up需求一直在变化。这一挑战并非独有,OIF在过去25年中一定学会了如何应对市场优先级的变化。该组织已准备好迎接CPO/NPO挑战,并启动了两个项目来应对:

·EEI-224G-RTLR项目。单通道200G的重定时发射线性接收器正在推进中。通过在光发射器之前进行重定时,同时利用主机SerDes进行接收,可为更高损耗信道提供稳健的接口规范,在OIF之外更广为人知的名称是LRO。

·EEI-12.8T NPO模块项目。适用于12.8T和6.4T的NPO。在单通道200G下实现更高的带宽密度。这包括定义机械模块规格、电气互连和引脚图;液冷热界面;激光光源的预留空间;电源要求;以及光连接器的考虑因素。

Lightmatter的Steve Klinger讨论了公司与开放计算项目(OCP)合作的新CPO倡议计划。该计划最早在OFC上宣布,但尚未披露细节。该公司建议从系统角度解决CPO/NPO开发问题,这与OCP的使命高度契合。目前的计划涵盖了一系列复杂的问题:外形尺寸、布线要求、光纤连接、连接器、互操作性、可维护性等等。如果这听起来像是一项雄心勃勃的项目,那确实如此。

时间表同样雄心勃勃:愿景白皮书将于不久后发布,基础规范计划在2026年第四季度制定,生态原型板和互操作演示在2027年第一季度推出,大规模量产预计在2027年。Lightmatter的多波长激光器模块(如下图所示)或许能很好地契合这一时间表,但仍有难度。

华为加拿大公司的Eric Bernier报告了国际光电委员会(IPEC)的倡议。IPEC将NPO视为性能与生态系统就绪之间的实用平衡。它具备架构简洁性、可制造性和可维护性、生态系统兼容性、性能和可扩展性。

该项目的目标是为所需应用领域开发一种6.4/7.2T NPO解决方案。其中,7.2 T NPO旨在匹配Blackwell GPU的带宽需求。目标是开发一种标准NPO模块。项目时间表为:标准于2027年6月前发布,演示和测试于2027年9月前完成。

使能技术

Nigel Alvares介绍了Avicena Tech的microLED互连技术。其优势包括:由于没有激光器,因此具有高可靠性、可实现冗余设计、低功耗和可在高温下工作。由于与硅的集成技术已经很成熟,成本也较为合理。光纤是链路中成本较高的元件之一。通过使用2D阵列可以实现极高的带宽。

Avicena拥有完整的自主系统设计。它正在交付业界唯一的基于单个ASIC的1Tbps microLED互连方案(335个microLED,每个3Gbps),即LightBundle评估套件。

其高带宽路线图包括三个关键因素:更快的通道速率、更小的间距以及通过深度堆叠实现更多光学引擎。正如Nigel Alvares所解释的,后者最有可能成为下一步举措。产品展望包括支持板外、板内和封装内的连接,即AOC、NPO和CPO,适用于1毫米至30米的距离。

ams OSRAM的Ashkan Seyedi描述了一种超越铜缆的“宽而慢”架构。对于Scale-Up,低延迟和低抖动很重要。NRZ最适合提供确定性性能。此外,从功耗节省和成本的角度看,慢而宽的方案最适合。不过,光纤成本很高。

Seyedi借此机会将OSRAM定位为AI互连供应商。它拥有完全集成的供应商模式,支持LED、VCSEL、激光器、外延设计、光学设计、透镜、光纤连接器和各种光纤类型。此外,OSRAM声称其制造能力可以服务2倍于即将到来的用于Scale-Up的GPU和交换机的需求。LightCounting认为这指的是其microLED产能。

Oleg Shchekin讨论了Lumentum基于VCSEL的Scale-Up互连技术。其优势在于每个发射器的带宽更高、功耗低、具备大规模制造能力、密度高以及可靠性高。

值得注意的是,上图中Scale-Up网络技术的比较,没有一种技术达到成本的最佳点。VCSEL的光纤成本被明确指出。microLED也有同样的问题,尽管它未包含在图表中。

1060nm VCSEL在高温下提供良好的性能,这是早期关于在ASIC附近使用VCSEL的担忧之一。Lumentum展示了12.8T双向带宽的交付能力,并说明了其VCSEL链路如何用于连接512个GPU。

Lumentum 宣称其具备大规模制造能力,因为它充分利用了其3D传感供应链、高可靠性、成熟的光纤生态系统、现有的组装方法以及可扩展的带宽密度。

Tower Semiconductor的Amol Kalburge讨论了使能技术的一些关键步骤。包括:从实验室到工厂,开发技术流程以使其具备可扩展性;通过在每个晶圆厂中认证多种工具,快速扩展产能,提供一致的高质量和可靠性;为灵活产能和业务连续性认证多家晶圆厂,交叉借鉴最佳实践,扩展能力工具箱。

Amol Kalburge重点介绍了Tower Semiconductor目前正在推广的用于连接AI工厂的众多使能技术。包括下一代IMDD/相干调制器;集成/外置激光器;线性SiGe EIC(驱动器、TIA);光路由开关;先进封装3DIC(TSV、键合、…);以及低损耗耦合/可拆卸光纤连接。

炉边对话

英伟达网络高级副总裁Gilad Shainer的炉边对话确认,英伟达将在2026年及未来交付基于CPO的产品。CPO提供最佳性能,无可争议。这包括低功耗和高可靠性。

Gilad ShainerShainer强调,功耗是AI工厂的主要制约因素,尤其是在Scale-Out方面。更低的功耗意味着更多的xPU,从而生产更多的token,并带来更高的收入。

他还指出,NPO提供了灵活性(即光引擎可使用多种技术),为构建混合系统提供了选择,英伟达也将提供NPO方案。CPO将实现最大性能,NPO实现灵活性,两者将共存。