По мере того как размеры кластеров ИИ продолжают расти, энергопотребление портов оптических модулей 800G/1.6T стало критическим узким местом для PUE центров обработки данных. Хотя традиционные оптические модули на базе DSP (FRO — Fully Retimed Optics) предлагают зрелые стандарты и большую дальность передачи, их энергопотребление на один порт в 14–16 Вт зачастую слишком велико, чтобы быть целесообразным. В результате отрасль отошла от традиционной линейной архитектуры на базе DSP, что привело к появлению двух основных подходов: LPO и LRO/TRO.

LPO (Linear Pluggable Optics) полностью исключает чип DSP внутри модуля. Сторона TX использует лазер с линейным прямым приводом, в то время как сторона RX отправляет аналоговый сигнал напрямую обратно на Host ASIC после прохождения через TIA; выравнивание, CDR и декодирование FEC затем выполняются коммутационным чипом SerDes — конструкция, также известная как архитектура «Zero Retimed». Ее преимущества значительны: для портов OSFP-800G типичное энергопотребление снижается до 5–8 Вт, что представляет собой экономию энергии более чем на 50%; внутренняя задержка обработки модуля составляет менее 3 нс (без учета задержки распространения в оптическом волокне); а теоретическая стоимость BOM снижается примерно на 15%–20%. Однако этот подход сопряжен с компромиссами: дальность передачи ограничена (для одномодового DR8 типичный диапазон составляет ≤500 м; в многомодовых сценариях — около 100 м), и он сильно зависит от производительности Host SerDes и согласованности каналов; системная отладка сложна, а стандарты функциональной совместимости все еще дорабатываются; он подходит для межсоединений сверхмалой дальности внутри одной стойки или между соседними стойками.

LRO (Linear Receive Optics) и TRO (Transmit Retimed Optics) — это, по сути, два разных названия одной и той же архитектурной конструкции — первое названо «линейным» со стороны RX, в то время как второе названо «с повторной синхронизацией» со стороны TX и также известно как архитектура HalfRetimed. В этой архитектуре сторона TX сохраняет DSP для формирования сигнала и повторной синхронизации, тогда как сторона RX исключает DSP и использует линейный TIA для прямого вывода сигнала. Этот подход обеспечивает баланс между качеством сигнала на стороне передачи и энергопотреблением на стороне приема: модуль 800G в корпусе OSFP обычно потребляет около 8–10 Вт; коммерческие продукты массового производства обычно поддерживают дальность передачи 2 км, в то время как специализированные версии могут поддерживать до 5 км; внутренняя задержка обработки модуля составляет около 6 нс (без учета задержки распространения в оптическом волокне), что делает его подходящим для межсоединений центров обработки данных средней и малой дальности. Во время дискуссий о итерациях продуктов 1.6T следующего поколения отрасль широко соглашается с тем, что LRO/TRO предлагает более выраженные преимущества с точки зрения производительности и совместимости экосистемы, и ожидается, что он будет иметь более высокую целесообразность развертывания, чем LPO.

Рисунок 1: Эволюция архитектуры оптических модулей — сравнение потоков сигналов FRO/LRO/TRO/LPO

Таблица 1: Сравнение ключевых параметров для трех архитектур оптических модулей

Примечания:

1. Энергопотребление и задержка представляют собой внутренние справочные значения для модуля OSFP 800G DR8/2×FR4; эти значения не включают задержку передачи по оптоволокну; конкретные параметры для различных типов корпусов, оптических двигателей и спецификаций расстояния могут варьироваться.
2. Типичный диапазон: LRO — коммерческие основные модели массового производства предлагают 2 км и 5 км в качестве настраиваемых опций; LPO ≤ 500 м — это спецификация одномодового DR8; многомодовый LPO варьируется примерно до 100 м; FRO — в зависимости от спецификации версия FR4 поддерживает до 2 км, в то время как версия LR4 поддерживает до 10 км.

В целом, LPO предназначен для кластеров ИИ с экстремальным энергопотреблением и низкими требованиями к задержке, в то время как LRO/TRO предлагает более широкий спектр сценариев средней и малой дальности за счет баланса производительности и энергоэффективности; эти решения дополняют, а не заменяют традиционные технологии FRO. Основными критериями выбора продукта являются дальность передачи, возможности Host SerDes и зрелость экосистемы.

Часто задаваемые вопросы:

В1: Как выбрать между модулями LPO, LRO/TRO или традиционными модулями DSP?

О: Выбор зависит от дальности передачи и возможностей чипа хоста. Для расстояний ≤500 м (в пределах одной стойки или для сверхкоротких соединений между соседними стойками) выбирайте LPO — это обеспечивает минимальное энергопотребление (5–8 Вт) и минимальную внутреннюю задержку модуля; для соединений центров обработки данных на средние и короткие расстояния до 25 км выбирайте LRO/TRO — этот вариант позволяет сбалансировать энергопотребление и дальность передачи; для расстояний более 5 км или приложений, требующих функциональности plug-and-play и передачи на большие расстояния, используйте традиционные модули DSP. Кроме того, убедитесь, что SerDes коммутационного чипа поддерживает режим линейного приема — стандартные SerDes коммутаторов не могут напрямую работать в режиме LPO/LRO.

В2: Как обеспечивается качество сигнала и коэффициент битовых ошибок при удалении DSP из LPO?

О: В LPO функции эквализации (CTLE/FFE/DFE), восстановления тактовой частоты (CDR) и декодирования FEC переносятся из модуля в блок SerDes коммутационного чипа на стороне хоста. Это предъявляет более строгие требования к производительности SerDes хоста и согласованности канала печатной платы; при условии, что SerDes хоста соответствует требуемым возможностям эквализации и характеристикам канала печатной платы, линейный подход обеспечивает низкие потери в канале и низкую хроматическую дисперсию в сценариях на коротких дистанциях, тем самым удовлетворяя требованиям к коэффициенту битовых ошибок до FEC (pre-FEC).

В3: LRO и TRO — это одно и то же? Почему у них два разных названия?

О: Это два варианта наименования одного и того же архитектурного подхода. LRO (Linear Receive Optics) назван с точки зрения приемной стороны, то есть линейная обработка на стороне RX без DSP; TRO (Transmit Retimed Optics) назван с точки зрения передающей стороны, то есть сохранение ретайминга на основе DSP на стороне TX. Оба термина относятся к полулинейной (HalfRetimed) архитектуре, где сторона TX использует DSP, а сторона RX применяет линейную обработку; эта терминология часто используется в отрасли как взаимозаменяемая.

В4: Можно ли подключить модуль LPO/LRO к традиционному модулю DSP?

О: Когда параметры оптического уровня (длина волны, мощность, формат модуляции) совпадают, оптические интерфейсы можно физически соединить; однако архитектуры ресинхронизации/обработки сигналов LPO/LRO и FRO полностью различаются, и в настоящее время не существует зрелого стандарта совместимости, что делает прямую интеграцию сервисов невозможной в подавляющем большинстве сценариев; только отдельные специализированные версии от конкретных поставщиков могут быть интегрированы после тщательной совместной отладки, но они не обеспечивают универсальной совместимости. В настоящее время такие организации, как OIF, работают над разработкой стандартов совместимости для линейных оптических модулей, и экосистема все еще находится в стадии формирования.