原创 什么是LPO？

近年来，光通信产业的发展势头很猛。

在5G、宽带中国、东数西算等国家战略的持续刺激下，国内光通信技术取得了巨大突破，光基础设施也有了质的飞跃。

特别是今年，AIGC大模型爆火，智算和超算崛起，更是带动了光通信的新一波发展热潮。骨干网400G即将全面落地，数据中心800G和1.6T也跃跃欲试。

光通信演进的挑战

在信息时代，光通信作为数据传输的主要手段，其重要性不言而喻。它以光速传递信息，为我们的互联网生活提供了坚实的基础。然而，随着技术的不断进步和数据需求的日益增长，光通信技术也面临着前所未有的挑战。

一、技术挑战

1. 信号衰减与噪声：光信号在传输过程中会受到衰减和各种噪声的影响，这限制了传输距离和数据速率。为了克服这一问题，需要开发更高效的光放大器和更先进的信号处理算法。
2. 波分复用技术：随着波分复用（WDM）技术的应用，单一光纤中可以传输更多的数据流。但这也带来了波长管理和信道隔离的复杂性，需要精确的波长控制和滤波技术。
3. 光模块的集成与小型化：为了满足设备小型化的需求，光模块必须实现更高的集成度。这要求在保持性能的同时，减小光模块的体积和功耗。

二、经济挑战

1. 成本问题：尽管光通信技术具有巨大的优势，但高昂的设备成本和维护费用仍然是普及的障碍。降低成本，使光通信技术更加亲民，是行业迫切需要解决的问题。
2. 投资回报：光通信网络的建设需要巨额的初期投资，而且回报周期较长。如何平衡投资与回报，吸引更多的资金投入，是一个经济上的挑战。

三、环境挑战

1. 能耗问题：数据中心的能耗问题日益突出，光通信系统的能效比成为关注的焦点。开发低能耗的光通信技术，减少对环境的影响，是行业的责任。
2. 可持续发展：随着全球对环保的重视，光通信技术也需要符合可持续发展的要求。这包括使用环保材料、减少废弃物和循环利用资源。

 我们就以光模块为例。

作为光网络的关键器件，也是用得最多的器件，光模块一直以来都是行业关注的焦点。它的功耗和价格，和用户采购意愿息息相关。

早在2007年的时候，一个万兆（10Gbps）的光模块，功率才1W左右。

随着40G、100G、400G、800G的迭代，光模块的功耗一路飙升，直逼30W。

要知道，一个交换机可不止一个光模块。满载的话，往往就有几十个光模块（假如有48个，就是48×30=1440W）。

一般来说，光模块的功耗大约占整机功耗的40%以上。这就意味着，整机的功耗极大可能会超过3000W。

光通信设备的能耗激增，也给整个数据中心的能耗及成本带来了巨大的压力，极不利于通信网络的双碳目标。

为了解决光通信速率攀升带来的能耗问题，行业进行了大量的技术探索。

去年很火的CPO，就是解决方案之一。

（CPO（Co-Packaged Optics）是一种光通信技术，它通过将光模块和CMOS芯片共同封装在一起，实现了更低的功耗、更小的体积和更快的传输速率。这种技术主要用于数据中心领域，特别是在高性能计算和大型AI模型的应用中，能够有效提高数据传输效率并解决通信带宽的瓶颈问题。CPO技术的发展预计将从800G和1.6T端口开始，于2024至2025年开始商用，2026至2027年开始规模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。简而言之，CPO是光通信领域的一项重要技术进步，它有助于推动数据中心向更高效率和更低功耗的方向发展。）

今年，在CPO之外，行业又提出了一个新方案，这就是——LPO。

什么是LPO

 LPO（Linear-drive Pluggable Optics，线性驱动可插拔光模块）

从名字可以看出，它是一种光模块封装技术。

所谓“可插拔（Pluggable）”，我们平时看到的光模块，都是可插拔的。

如下图所示，交换机上有光模块的端口，把对应的光模块插进去，就能插光纤了。如果坏了，也可以换。

LPO强调“可插拔”，是为了和CPO方案相区分。CPO方案里，光模块是不可以插拔的。光模块（光引擎）被移动到了距离交换芯片更近的位置，直接“绑”在一起了。

那么，LPO和传统光模块的关键区别，就在于线性驱动（Linear-drive）了。

所谓“线性驱动”，是指LPO采用了线性直驱技术，光模块中取消了DSP（数字信号处理）/CDR（时钟数据恢复）芯片。

问题来了——什么是线性直驱呢？DSP发挥什么作用？为什么可以被取消？取消之后，会带来什么影响？

这里，我们还是先从光模块的基本架构开始讲起。

光模块传输，就是电信号变成光信号，光信号又变成电信号的过程。

在发送端，信号经过数模转换（DAC），从数字信号变成模拟信号。在接收端，模拟信号经过模数转换（ADC），又变成数字信号。

一顿操作下来，得到的数字信号就有点乱，有点失真。这时候，需要DSP，对数字信号进行“修复”。

DSP就是一个跑算法的芯片。它拥有数字时钟恢复功能、色散补偿功能（去除噪声、非线性干扰等因素影响），可以对抗和补偿失真，降低失真对系统误码率的影响。

（注意：DSP这个东西，也不是所有的传统光模块都有。但是，在高速光模块中，对信号要求高，所以基本需要DSP。）

除了DSP之外，光模块中主要的电芯片还包括激光驱动器（LDD）、跨阻放大器（TIA）、限幅放大器（LA）、时钟数据恢复芯片（CDR，Clock and Data Recovery）等。

CDR也是用于数据还原。它从接收到的信号中提取出数据序列，并且恢复出与数据序列相对应的时钟时序信号，从而还原接收到的具体信息。

DSP的功能很强大。但是，它的功耗和成本也很高。

例如，在400G光模块中，用到的7nm DSP，功耗约为4W，占到了整个模块功耗的50%左右。

从成本的角度来看，400G光模块中，DSP的BOM（Bill of Materials，物料清单）成本约占20-40%。

LPO方案，就是把光模块中的DSP/CDR芯片干掉，将相关功能集成到设备侧的交换芯片中。

光模块中，只留下具有高线性度的Driver（驱动芯片）和TIA（Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器），并分别集成CTLE（Continuous Time Linear Equalization，连续时间线性均衡）和EQ（Equalization，均衡）功能，用于对高速信号进行一定程度的补偿。

如下图所示：

LPO技术的优势解析

在光通信技术迅猛发展的今天，LPO技术的出现被视为行业的一次重要革新。它通过线性直驱技术和可插拔设计，为数据中心和高速网络连接提供了新的解决方案。LPO技术的核心优势包括：

1. 低功耗：LPO技术通过去除传统光模块中的DSP（数字信号处理）和CDR（时钟数据恢复）芯片，显著降低了光模块的功耗。这对于构建低能耗的数据中心和网络环境具有重要意义。
2. 低成本：没有了DSP，光模块的BOM（Bill of Materials，物料清单）成本大大降低。这使得高速光通信技术的普及和应用成本更加可控。
3. 低时延：LPO技术减少了信号处理的环节，从而降低了数据的传输时延。这一点对于AI计算和超级计算场景尤为重要，因为它们对时延的要求极为苛刻。
4. 易维护：与CPO（Co-Packaged Optics）相比，LPO强调可插拔性。这使得光模块在维护和升级时更加方便，支持热插拔，简化了光纤布线和设备维护。

LPO技术的应用前景

LPO技术的优势使其在数据中心内部以及短距离高速网络连接中具有广泛的应用潜力。随着技术的成熟和标准化，LPO有望在更广泛的场景中得到应用，特别是在AI和机器学习模型训练的数据中心，LPO技术可以提供高效率和低成本的数据传输解决方案。

LPO技术面临的挑战

LPO技术作为一种新兴的光模块技术，其设计理念在于通过简化光模块内部的电路设计，减少功耗，降低成本，同时提供可插拔的便利性。然而，尽管LPO技术具有明显的优势，它在推广和应用过程中仍然面临着一系列挑战。

一、技术挑战

1. 通信距离限制：由于LPO技术去除了DSP芯片，这可能限制了光模块的通信距离，使其更适用于短距离连接。如何在保持低功耗和低成本的同时，扩展通信距离，是LPO技术需要解决的问题。
2. 信号处理能力：没有了复杂的信号处理芯片，LPO光模块在处理信号失真和噪声方面的能力可能会受到影响。因此，需要开发新的技术来保证信号的质量和稳定性。
3. 热管理：尽管LPO技术减少了功耗，但在高速传输下，热管理仍然是一个挑战。如何有效地散热，保证光模块的长期稳定运行，是设计者需要考虑的问题。

二、市场挑战

1. 标准化和兼容性：LPO技术的标准化工作还处于初期阶段，这可能影响其在市场上的推广。此外，LPO光模块需要与现有的网络设备兼容，这要求制定统一的接口和协议标准。
2. 市场接受度：作为一种新技术，LPO需要时间来获得市场的认可。如何让用户理解LPO的优势，并促使他们接受和采用，是一个市场推广的挑战。
3. 生态系统建设：LPO技术的发展不仅需要光模块制造商的支持，还需要整个产业链的配合。如何构建一个完整的LPO技术生态系统，是实现其商业成功的关键。
4. LPO技术的未来发展前景广阔，但要实现这一前景，就必须克服上述挑战。这需要光通信行业的共同努力，包括科研人员、工程师、标准化组织和市场营销团队的协作。只有这样，LPO技术才能在光通信领域取得实质性的进展。

LPO的产业化进展

 LPO方案其实之前就有企业提出过，但是因为技术限制，没有做出什么成果。

今年的OFC大会上，LPO再次被提出，很快成为行业关注的焦点。

AWS、Meta、Microsoft、Google等都表示了对LPO的兴趣。许多光通信巨头也在研发方面投入了资源。目前高线性TIA及驱动器的主要供应商有Macom、Semtech、 Maxlinear等。

根据预测，到2024年将实现大规模商业化。该行业较为乐观的推断，未来LPO可以占据市场份额的一半。较为保守的推断，到2026年，CPO/LPO的比例将达到30%左右。

LPO方案产品推荐 

 随着人工智能技术的飞速发展，数据中心对于高速率、低功耗的光模块需求日益增长。ADOP家的产品正是基于这一需求，采用了创新的LPO（线性驱动可插拔光模块）方案，以其低功耗、低延迟的特性，在行业内引起了广泛关注。

LPO技术通过线性直驱技术替换传统的DSP（数字信号处理器），在保持系统误码率和传输距离的同时，实现了系统功耗和延迟的显著降低。这一技术不仅适用于数据中心等短距离传输场景，而且在AI计算中心的应用中也显示出巨大的潜力。

ADOP - 前沿光学科技有限公司

ADOP公司，全称前沿（深圳）光学科技有限公司，是一家位于深圳的高科技企业，专注于光学技术的创新。自2013年成立以来，ADOP已经在全球范围内部署了其品牌，并拥有多项知识产权和专利。公司提供专业的光互联平台和光学器件等产品，其安赛波（EDGE）系统能够满足5G、量子加密、数据中心等场景的需求，具有高速率、低延时、全覆盖、低功耗等特点。

ADOP公司以市场为中心，重视场景应用，致力于为客户提供高价值回报的光学产品和技术。公司的宗旨是“前沿驱动创新，光学创造未来”，展现了其对光学科技未来发展的追求和贡献。

结语

LPO是一种平衡和妥协的技术。它适应特定的应用场景(短距离)，放弃了DSP/CDR，从而导致性能的轻微损失(BER差)。然而，它也减少了电力消耗，成本和延迟。虽然它比CPO出现得晚，但它的部署速度可以做到比CPO快。它的优点和缺点同CPO相比如下：