CPO技术原理及其MPO的补缺技术

  ChatGPT官网由于算力不足，导致宕机无法登陆，这里暴露出人工智能的巨大问题，那就是算力不足！ CPO 的高效率、低功耗有一定的概率会成为后续 AI 高算力下最好的解决方 案。

  算力目前的封装技术也分为三种：其中Pluggable是基础阶段，NPO 是过渡阶段，CPO 是终极形态！

  CPO，英文全称 Co-packaged optics，共封装光学/光电共封装。CPO是将交换芯片和光引擎共同装配在同一个Socketed（插槽）上，形成芯片和模组的共封装。

  为了尽可能地降低网络设备的自身工作功耗以及散热功耗，在 OIF（光互联网络论坛）的主导下，业界多家厂商，共同推出了 ——NPO / CPO 技术。

  NPO / CPO 是将网络交换芯片和光引擎（光模块）进行“封装”的技术。

  传统的连接方式，叫做 Pluggable（可插拔）。光引擎是可插拔的光模块。光纤过来以后，插在光模块上，然后通过 SerDes 通道，送到网络交换芯片（AISC）。

  CPO 呢，是将交换芯片和光引擎共同装配在同一个 Socketed（插槽）上，形成芯片和模组的共封装。

  大家应该能看出来，CPO 是终极形态，NPO 是过渡阶段。NPO 更容易实现，也更具开放性。

  之所以要做集成（“封装”），目的很明确，就为了缩短了交换芯片和光引擎间的距离（控制在 5~7cm），使得高速电信号能够高质量的在两者之间传输，满足系统的误码率（BER）要求。

  硅光，是以光子和电子为信息载体的硅基光电子大规模集成技术。简单来说，就是把多种光器件集成在一个硅基衬底上，变成集成“光”路。它是一种微型光学系统。

  紫光股份（000938）：公司在数据中心交换机方面，践行节能减排技术理念，推出业内首款400G硅光融合交换机，通过NPO硅光引擎实现板级光互联技术，在提供超大带宽的同时，降低时延，减少信号衰减，降低设备功率40%以上；推出了高密100G接入交换机和高密400G盒式核心交换机系列新产品，率先提供100G服务器集群网络的完整解决方案。

  华工科技（000988）：公司是国际一流光电企业;具备从芯片到器件、模块、子系统全系列新产品的垂直整合能力，产品有有源光器件、智能终端、特种光器件、光学零部件等。

  光迅科技（002281）：公司在光电共封装（CPO）领域有技术储备。公司是全球领先的光电子器件、子系统解决方案供应商;在光通信传输网、接入网和数据网等领域构筑了从芯片到器件、模块、子系统的综合解决方案;为客户提供光电子有源模块、无源器件、光波导集成器件，以及光纤放大器等子系统产品。

  通宇通讯（002792）：全资子公司深圳光为主营光通信业务，为客户提供全系列的光收发模块产品和解决方案。

  中际旭创（300308）：公司通过多年的自主研发和投入在高速率光模块、硅光芯片、相干和CPO等领域积累了丰富而扎实的专利技术和新产品，且新产品的市场导入与市场占有率在行业保持领先。

  天平通信（300394）：公司是光通信领域光器件整体解决方案提供商;公司立足光通信领域，长期致力于各类中高速光器件产品的研产销和服务，为下游客户提供垂直整合一站式解决方案，包括高速率同轴器件封装解决方案，高速率BOX器件封装解决方案，AWG系列光器件无源解决方案、微光学解决方案等。

  新易盛（300502）：公司是光模块供应商；基本的产品为点对点光模块和PON光模块，不相同的型号光模块产品已超过3,000种，广泛应用于数据宽带、电信通讯、Fttx、数据中心、安防监控和智能电网等行业，能为客户提供定制化的产品服务和一揽子解决方案。公司已有布局CPO技术方向。

  博创科技（300548）：公司是集成光电子器件研发生产企业;公司基本的产品包括光无源器件和光有源器件两大类;光无源产品有用于光纤到户网络的PLC光分路器、用于骨干网和城域网密集波分复用(DWDM)系统的阵列波导光栅(AWG)和可调光功率波分复用器(VMUX)、用于光功率衰减的MEMS可调光衰减器以及广泛应用于各种光器件中的光纤阵列等;光有源器有用于数据通信的25G至400G光收发模块、有源光缆(AOC)和高速铜缆、用于光纤接入网(PON)的光收发模块、用于无线承载网的光收发模块等。

  光库科技（300620）：公司是光纤器件研发生产企业;公司已掌握先进的光纤器件设计和封装技术，铌酸锂调制器芯片制程和模块封装技术、高功率器件散热技术、光纤器件高可靠性技术、保偏器件对位技术、光纤端面处理技术等均处于国际先进水平;光通讯器件主要产品有隔离器、波分复用器、偏振分束/合束器、光纤光栅、镀金光纤、光纤透镜、单芯和多芯光纤密封节等。

  锐捷网络（301165）：公司通过充分的发挥其在产品研发创新上的优势，推出多款硅光技术、液冷技术的数据中心交换机，助推数据中心网络向更高性能及绿色、低碳方向发展。公司2021年11月发布了全球第一款25.6T的NPO冷板式液冷交换机。2022年3月又发布了51.2T的NPO冷板式液冷交换机（概念机）。

  联特科技（301205）：公司目前研发的有基于EML（电吸收调制激器）、SIP（硅光）、TFLN（薄膜铌酸锂）调制技术的800G光模块，以及用于下一代产品NPO（近封装光学）/CPO（共封装光学）所需的高速光连接技术、激光器技术和芯片级光电混合封装技术等。

  剑桥科技（603083）：公司是全球100G高速光组件和光模块技术领先企业;公司以自主品牌进行高速光组件与光模块产品的研产销;光电子事业部日本光电子研发团队在各种高端400G和800G模块的开发处于业界领头羊，在21年完成了800G 2xFR4及8xFR1产品的研发样机开发并少量发货。

  所以，CPO 的高效率、低功耗有一定的概率会成为后续 AI 高算力下最好的解决方案，也是目前最有希望解决ChatGPT算力需求的一个方向。

  MPO则是相关的技术板块，AI大背景下，未来基于功耗考虑，CPO方案渗透率有望逐步提升。CPO方案通过光电耦合共封装在插槽或PCB上，加上液冷板降温控制功耗，有望成为AI高算力下高能效比方案。

  但CPO在降低功耗的同时也有一些隐患，主要是光电共封装后，光引擎焊接在同一插槽上不可更换。如果光纤或者光引擎出现损坏，可能会影响整个CPO交换ASIC基板，对交换机生产的总体成本会产生负面影响。

  MPO是光纤连接器，主要用途是用以实现光纤的接续，MPO会直接影响光传输系统的可靠性等各项性能。数据中心的内部光学连接需要借助光模块和光纤连接器来实现。

  从CPO方案后的变化看MPO的变化。CPO交换机内部带来的变化一个是光纤数量增多，一个是交换机内部布线根光纤。对应如果是16芯的MPO需要64根，对应64个端口。

  光纤和MPO用量提升后，同时又由于CPO方案拉近了光引擎和ASIC的距离来降低线上损耗，就导致光纤布线要从原来的机箱外部延伸到内部接到光引擎，等于额外增加了光引擎到交换机机箱前面板的布线。内部光纤路由复杂程度提高。

  中间板/板载光互连或成布线解决方案，降低CPO出错成本。因为CPO下每个光引擎到面板距离不同，导致尾纤长度有差异，且布线复杂易损坏光纤影响整机。考虑在光引擎和端口面板间增加板中连接器，固定尾纤长度，降低布线复杂度。将CPO的试错成本转移到板中连接器和端口的MPO上。简而言之，通过增加连接来降低布线复杂度和出错的成本。

  海外AIGC/ChatGPT持续扩散，带宽密度有望大幅上行。在未来算力/带宽高增的背景下，以及CPO的新方案拉动下，MPO的用量有望大幅度的提高，在设备内部重要性也慢慢地提高。返回搜狐，查看更加多