CPO相對LPO的優(yōu)勢剖析

在光通信技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心對高速、高效、低能耗的光互連解決方案需求日益迫切。CPO（共封裝光學(xué)）和LPO（線性驅(qū)動可插拔光模塊）作為兩種備受矚目的技術(shù)方案，在光模塊應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出各自的特點(diǎn)。然而，CPO在諸多方面相較于LPO具備明顯優(yōu)勢。

CPO技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)交換芯片和光模塊共同封裝在同一個插槽中，實現(xiàn)了光引擎與交換芯片的緊密結(jié)合。這種高度集成的架構(gòu)大幅縮短了交換芯片與光引擎之間的距離，從根本上優(yōu)化了電信號傳輸路徑 。以典型的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)與光模塊連接為例，傳統(tǒng)方式下，信號在較長的傳輸線路中會產(chǎn)生衰減和延遲，而 CPO技術(shù)使得信號傳輸距離大幅縮短，有效提升了電信號傳輸速度，保障了信號的完整性，減少了信號失真和干擾的可能性 。

反觀LPO，雖然采用線性直驅(qū)技術(shù)取消了光模塊中的DSP/CDR芯片，將相關(guān)功能集成到設(shè)備側(cè)的交換芯片中，但光模塊與交換芯片仍相對獨(dú)立，在信號傳輸?shù)募蓛?yōu)化程度上遠(yuǎn)不及CPO。

CPO技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)交換芯片和光模塊的深度協(xié)同工作。由于二者在物理上緊密相連，在數(shù)據(jù)處理和傳輸過程中能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的配合。例如，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)流量時，交換芯片可以及時、準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)發(fā)送給光模塊進(jìn)行光信號轉(zhuǎn)換和傳輸，光模塊也能快速響應(yīng)，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號反饋給交換芯片 。這種高效的協(xié)同工作模式，使得CPO在應(yīng)對大數(shù)據(jù)量、高速率的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)時表現(xiàn)更為出色，有效提升了整個光通信系統(tǒng)的性能 。

相比之下，LPO的光模塊和交換芯片之間的協(xié)同工作依賴于外部接口和通信協(xié)議，在數(shù)據(jù)交互的及時性和效率上存在一定的局限性，難以滿足未來超高速、大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)膰?yán)苛需求 。

在數(shù)據(jù)中心能耗問題日益突出的背景下，功耗成為衡量光通信技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)。CPO技術(shù)通過縮短信號傳輸距離和優(yōu)化集成架構(gòu)，顯著降低了信號傳輸過程中的能量損耗。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，在同等數(shù)據(jù)傳輸速率下，采用CPO技術(shù)的光通信系統(tǒng)功耗相比傳統(tǒng)方案可降低30% - 50%。這對于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心而言，意味著每年可節(jié)省大量的電力成本，同時也有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能目標(biāo) 。

LPO雖然通過取消DSP芯片降低了部分功耗，但由于其光模塊與交換芯片的分離式設(shè)計，在整體功耗控制上仍無法與CPO相媲美。特別是在長距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸場景中，LPO的功耗劣勢將更加明顯 。

CPO技術(shù)憑借其獨(dú)特的架構(gòu)和協(xié)同工作機(jī)制，能夠支持更高的傳輸速率。目前，CPO技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)800G甚至1.6T的高速數(shù)據(jù)傳輸，并且在傳輸穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色。在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，CPO能夠有效抵抗外界干擾，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和連續(xù)性，降低誤碼率。例如，在人工智能數(shù)據(jù)中心，大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)需要高速、穩(wěn)定地傳輸，CPO技術(shù)能夠很好地滿足這一需求，確保AI模型訓(xùn)練的高效進(jìn)行 。

LPO由于去掉DSP芯片導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率提升，在傳輸距離和速率提升方面存在一定瓶頸，其更適用于短距離、對速率要求相對較低的場景，在長距離、超高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性上與CPO存在差距 。

從長期來看，CPO技術(shù)具有明顯的成本優(yōu)勢。盡管在初期研發(fā)和部署階段，CPO的成本相對較高，但隨著技術(shù)的成熟和規(guī)模化生產(chǎn)，其成本將逐漸降低。CPO高度集成的特性減少了光模塊與交換芯片之間的接口數(shù)量和外部線纜連接，降低了硬件成本和布線成本。此外，由于CPO的低功耗特性，長期運(yùn)行過程中的電力成本節(jié)省也相當(dāng)可觀 。

LPO雖然在光模塊采購成本上有所降低，取消了DSP芯片的物料成本，但在設(shè)備整體成本上，由于其對設(shè)備側(cè)交換芯片性能要求的提升以及布線等方面的成本，在長期使用中，總成本優(yōu)勢并不明顯。

在維護(hù)方面，CPO技術(shù)具有較高的可靠性。由于其集成度高，減少了外部連接點(diǎn)和潛在的故障點(diǎn)，降低了故障發(fā)生的概率。一旦出現(xiàn)故障，CPO技術(shù)也能夠通過先進(jìn)的監(jiān)測和診斷技術(shù)快速定位問題，提高維護(hù)效率。例如，在某大型數(shù)據(jù)中心采用CPO技術(shù)后，設(shè)備故障率降低了30%，維護(hù)時間縮短了50% 。

雖然LPO支持熱插拔，在單個光模塊維護(hù)上較為方便，但由于其系統(tǒng)架構(gòu)相對松散，在整體系統(tǒng)維護(hù)時，需要考慮光模塊與交換芯片之間的兼容性和協(xié)同工作問題，維護(hù)難度和復(fù)雜性相對較高。

在技術(shù)層面，LPO在800G光模塊領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，以800gbps速率為例，其功耗可降低至約8w，相比傳統(tǒng)可插拔光模塊功耗大幅降低約40 - 45%。在市場應(yīng)用上，部分企業(yè)已開始布局，如在OFC2023上，Arista率先分享了 51.2T交換機(jī)配備LPO收發(fā)器的測試結(jié)果；英偉達(dá)也有望在2025年率先在其AI 集群中部署200G每通道的LPO收發(fā)器。許多行業(yè)領(lǐng)先客戶，如Meta，都在積極考慮采用LPO技術(shù) 。

LPO需要特定模塊與ASIC交換芯片配合，這削弱了可插拔模塊的通用性優(yōu)勢。并且鏈路性能和責(zé)任界定困難，測試復(fù)雜，目前還缺乏統(tǒng)一的電氣和光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，不同供應(yīng)商模塊之間的互操作性難以保障 。此外，去掉DSP芯片雖然降低了功耗和成本，但也導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率提升，在傳輸距離和速率提升上存在瓶頸。

盡管面臨挑戰(zhàn)，但LPO在100G每通道互連領(lǐng)域已成為CPO的有力替代方案。預(yù)計到2029年，LPO在800G、1.6T和3.2T端口中的滲透率分別為3%、33%和15% 。若英偉達(dá)在RuBing GPU一代中采用LPO進(jìn)行NVLink擴(kuò)展，將極大地推動1.6T - DR8 LPO模塊的市場需求，有望在2027年新增超過800萬個 1.6T LPO端口。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，LPO在短距離、對成本敏感且速率要求不是極高的場景中仍有較大的發(fā)展空間 。

技術(shù)上，CPO已能實現(xiàn)800G甚至1.6T的高速數(shù)據(jù)傳輸，并且在功耗降低方面表現(xiàn)出色，Broadcom和Cisco的CPO產(chǎn)品已實現(xiàn)約7pJ/bit的低功耗，IBM、Coherent等公司的CPO方案更是將功耗降至更低水平。產(chǎn)業(yè)布局上，Broadcom早在2021年就宣布了配備CPO的下一代交換ASIC產(chǎn)品線，其產(chǎn)品 Bailly已成功投入生產(chǎn)；Cisco在OFC2023上展示了CPO原型；英特爾將硅光子小組置于數(shù)據(jù)中心和AI（DCAI）組下，全力開發(fā)基于硅光子學(xué)的光學(xué)引擎；此外，Ranovus、Marvell、Nubis Communications、Lightmatter、IBM等眾多公司也紛紛加入CPO技術(shù)研發(fā)的大軍 。

從技術(shù)角度，將光纖從ASIC連接到PCB前面板的布線過程充滿挑戰(zhàn)，系統(tǒng)集成后的整體測試和優(yōu)化也較為復(fù)雜。從可靠性來看，CPO技術(shù)將多個光模塊與芯片集成，導(dǎo)致失效率上升，如博通的CPO實驗室產(chǎn)品，16個光模塊集成在一塊板子上，失效率會提高十幾倍，可靠性穩(wěn)定性降為原先的十幾分之一 。從市場角度，CPO研發(fā)需大量資金和人力投入，生產(chǎn)過程復(fù)雜，成本降低需時間和規(guī)模效應(yīng)積累，短期內(nèi)難以與光模塊競爭；而且下游北美幾大CSP云廠商對 CPO興趣不大，部分海外公司甚至收縮研發(fā)團(tuán)隊 。此外，CPO量產(chǎn)面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，其標(biāo)準(zhǔn)以3.2T為代際，量產(chǎn)至少在2027年或更后，目前博通進(jìn)展最快，其第一代CPO工程性試驗要到2025年 。

根據(jù)北京智研科信咨詢有限公司發(fā)布的《2025年中國CPO行業(yè)市場發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)需求研判報告》，CPO技術(shù)的商業(yè)化步伐預(yù)計將從800G和1.6T端口起步，并于2024至2025年開始商用，隨后在2026至2027年迎來規(guī)?；鲩L，預(yù)計到2033年，全球CPO市場規(guī)模將達(dá)到26億美元。隨著技術(shù)的不斷成熟、成本的逐步降低以及市場對高速低功耗光通信解決方案需求的持續(xù)增長，CPO有望在未來光通信領(lǐng)域，尤其是對傳輸速率和功耗要求極高的數(shù)據(jù)中心場景中占據(jù)重要地位。市場消息也表明，英偉達(dá)或?qū)⒂?025年3月召開的GTC大會推出CPO 交換機(jī)新品，供應(yīng)鏈透露這款CPO交換機(jī)正處于試產(chǎn)階段，若進(jìn)展順利，今年8月即可實現(xiàn)量產(chǎn)，這一系列動態(tài)都顯示了CPO技術(shù)未來發(fā)展的潛力 。

綜上所述，CPO技術(shù)在技術(shù)原理、性能表現(xiàn)、成本以及維護(hù)等方面相較于LPO具有顯著優(yōu)勢。盡管目前CPO和LPO在發(fā)展過程中都面臨各自的挑戰(zhàn)（相對LPO而言CPO的商用顯得更加困難），但從長遠(yuǎn)來看，隨著技術(shù)的不斷突破和市場的逐步成熟，CPO憑借其獨(dú)特優(yōu)勢更有望在未來光通信領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展潮流。