LPO 光模塊：下一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能高效新選擇

一、LPO 光模塊的定義與核心原理

LPO（Linear Pluggable Optics，線性可插拔光模塊）是光通信領(lǐng)域針對高速率、低功耗需求推出的創(chuàng)新解決方案。其核心突破在于摒棄傳統(tǒng)光模塊中的 DSP（數(shù)字信號處理）芯片，采用線性模擬技術(shù)直接驅(qū)動光電器件，實現(xiàn)信號傳輸?shù)暮喕c能效優(yōu)化。

工作原理對比

傳統(tǒng)光模塊（如 400G/800G DR4）依賴 DSP 芯片完成電 - 光轉(zhuǎn)換：發(fā)送端通過 DSP 補(bǔ)償信號失真，接收端需解碼復(fù)雜調(diào)制格式。而 LPO 光模塊通過三大革新實現(xiàn) “去 DSP 化”：

線性驅(qū)動技術(shù)：采用高精度模擬電路直接調(diào)制激光器，減少信號處理層級；

通道匹配優(yōu)化：通過精密校準(zhǔn)光器件與電路參數(shù)，降低信號畸變；

先進(jìn)編碼支持：結(jié)合 PAM4（4 級脈沖幅度調(diào)制）與 FEC（前向糾錯算法），保障信號完整性。

這一設(shè)計使 LPO 模塊在 100G/lane 速率、QSFP-DD 封裝場景下，功耗較傳統(tǒng)方案降低 40%-50%（典型值：400G LPO 模塊功耗＜8W，傳統(tǒng) DSP 方案約 12W）。

二、LPO 光模塊的四大核心優(yōu)勢能效革命：破解數(shù)據(jù)中心 “電費困局”

功耗直降 50%：以 400G 模塊為例，單模塊節(jié)省 4W 功率。按單機(jī)柜 100 個模塊、PUE 1.5（數(shù)據(jù)中心電源使用效率）、負(fù)載率 80% 計算，年節(jié)省電費超 2000 元（電價按 0.8 元 / 度，年運(yùn)行 7000 小時）。

散熱成本降低：每降低 1W 模塊功耗，可減少約 0.5W 冷卻能耗，進(jìn)一步放大節(jié)能效益，尤其適用于高熱密度 AI 算力集群。

極致低延遲：AI 算力集群的剛需

去除 DSP 處理環(huán)節(jié)后，信號傳輸延遲從納秒級降至亞納秒級，延遲縮減 30% 以上。這對高頻交易（HFT）、GPU 集群間光互聯(lián)等低延遲敏感場景至關(guān)重要 —— 例如，AI 訓(xùn)練中數(shù)據(jù)同步延遲的降低可提升分布式計算效率。

兼容性與靈活性兼具

即插即用：保留 QSFP-DD/OSFP 等傳統(tǒng)可插拔封裝形態(tài)，兼容現(xiàn)有交換機(jī)硬件設(shè)計，無需改造基礎(chǔ)設(shè)施，降低部署成本。

多速率支持：基于線性架構(gòu)可覆蓋 100G 到 800G 速率，通過硬件微調(diào)適配不同場景，保護(hù)客戶長期投資。

成本優(yōu)化：BOM 降本與供應(yīng)鏈自主

物料成本減少 15%-20%：DSP 芯片占傳統(tǒng)模塊成本的 25%-30%，LPO “去 DSP 化” 直接降低 BOM 成本；

國產(chǎn)化機(jī)遇：中國企業(yè)在模擬電路設(shè)計、高速 SerDes 技術(shù)上積累深厚，盡管在高端 EML（電吸收調(diào)制激光器）芯片和精密封裝領(lǐng)域仍需突破，但 LPO 技術(shù)路線有望緩解對海外 DSP 芯片的依賴，推動供應(yīng)鏈自主化。

三、LPO 光模塊的當(dāng)前局限性傳輸距離受限（商用場景 vs. 實驗室進(jìn)展）

商用產(chǎn)品：受限于無 DSP 信號補(bǔ)償，當(dāng)前 LPO 模塊主要適用于 2km 以內(nèi)的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜間互聯(lián)（DR 場景），10km 以上長距傳輸（ER 場景）仍依賴傳統(tǒng) DSP 方案；

技術(shù)前沿：實驗室環(huán)境下，基于硅光集成技術(shù)的 800G LPO 模塊已實現(xiàn) 5km 傳輸，但尚未大規(guī)模商用。

工藝精度要求嚴(yán)苛

需采用 TEC（熱電制冷器）進(jìn)行溫漂控制，并搭配低噪聲器件和高線性度 EML 激光器，對光芯片線寬、模擬電路設(shè)計精度要求極高，生產(chǎn)良率待提升。

標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程與互操作性挑戰(zhàn)

截至 2025 年一季度，IEEE 802.3 工作組主導(dǎo)的 LPO 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 802.3ck）已進(jìn)入最終草案階段，但不同廠商的模塊在信號均衡、功耗控制等細(xì)節(jié)上存在差異，需客戶參與定制化互通測試。

四、LPO 光模塊的未來演進(jìn)趨勢技術(shù)升級：突破距離與環(huán)境限制

硅光集成技術(shù)：通過硅基調(diào)制器提升信號線性度，結(jié)合先進(jìn)封裝工藝（如 COB），推動商用產(chǎn)品傳輸距離向 5km 邁進(jìn)；

智能補(bǔ)償算法：引入 AI 實時調(diào)整激光器偏置電壓，動態(tài)補(bǔ)償溫度、老化等因素導(dǎo)致的信號劣化，增強(qiáng)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性。

市場滲透：從邊緣到核心的梯度應(yīng)用

短期（1-2 年）：優(yōu)先部署于超算中心（如英偉達(dá) GB200 NVL72 機(jī)柜內(nèi)互聯(lián)）、AI 訓(xùn)練集群（如 Meta RSC）及邊緣計算節(jié)點（需低功耗短距互聯(lián)）；

長期（3-5 年）：隨著標(biāo)準(zhǔn)化完成與工藝成熟，預(yù)計 2028 年全球 LPO 市場規(guī)模將突破 30 億美元（LightCounting 2024 年預(yù)測），逐步替代數(shù)據(jù)中心內(nèi) 50% 的中短距傳統(tǒng)光模塊。

與 CPO 形成技術(shù)互補(bǔ)生態(tài)

CPO（共封裝光學(xué)）：適用于板級超短距（＜1m）場景，但需依賴硅光集成與先進(jìn)封裝（如 2.5D/3D 集成），技術(shù)門檻高、規(guī)?；杀景嘿F，短期內(nèi)難以普及；

LPO 優(yōu)勢：基于成熟可插拔架構(gòu)，在 1m-2km 中短距場景中具備成本、功耗、部署靈活性優(yōu)勢，二者形成 “超短距 - 中短距” 梯度覆蓋，頭部廠商（如英特爾、思科）已布局 “CPO+LPO” 混合架構(gòu)。

政策驅(qū)動下的綠色技術(shù)剛需

歐盟《能效指令》、中國 “東數(shù)西算” 工程均將碳足跡指標(biāo)納入數(shù)據(jù)中心招標(biāo)要求，LPO 憑借低功耗特性，成為實現(xiàn) “碳中和數(shù)據(jù)中心” 的關(guān)鍵技術(shù)之一。

五、結(jié)語

LPO 光模塊以 “低功耗、低延遲、高性價比” 三重優(yōu)勢，成為 200G-800G 數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)的核心方案。盡管面臨傳輸距離、工藝精度及標(biāo)準(zhǔn)化挑戰(zhàn)，但其與 AI 算力爆發(fā)、全球減碳目標(biāo)的高度契合，使其在中短距場景中具備不可替代的競爭力。對于追求 TCO 優(yōu)化與算力密度提升的客戶，提前布局 LPO 技術(shù)驗證與供應(yīng)鏈協(xié)同，將是搶占數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)升級先機(jī)的關(guān)鍵戰(zhàn)略。