Sampakket optik og pluggbar optik løser det samme grundlæggende problem forskellige steder. Optik, der kan tilsluttes, holder det optiske modul ved kontaktens frontplade, hvilket bevarer en velkendt hot-swappable servicemodel. CPO flytter den optiske motor meget tættere på switch ASIC, hvilket reducerer den højhastigheds elektriske vej, der bliver sværere at køre effektivt, efterhånden som SerDes-raterne stiger.
For AI- og HPC-netværk påvirker denne forskel mere end switch-strøm. Det ændrer, hvor fiber kommer ind i systemet, hvordan frontpaneldensiteten styres, hvad der kan udskiftes i marken, og hvordan operatører tænker på rengøring, tabsbudgetter, reservedele og vedligeholdelse. CPO kan forbedre båndbreddetætheden og reducere elektrisk sammenkoblingstab, men det fjerner ikke fiberkabler eller gør automatisk stikbar optik forældet.
CPO vs pluggbar optik: arkitekturforskellen
Den nemmeste måde at sammenligne disse arkitekturer på er at stille et spørgsmål: hvor sker elektrisk-til-optisk konvertering i forhold til værts-ASIC?
Traditionel DSP-baseret pluggbar optik
I et konventionelt pluggbart design sender switch ASIC højhastigheds elektriske signaler over printkortet til et aftageligt modul på frontpladen. Modulet indeholder den optiske sender og modtager sammen med den nødvendige elektronik til at genvinde og konditionere det elektriske signal.
Denne arkitektur forbliver operationelt attraktiv, fordi modulet er en klar felt-udskiftelig enhed. En defekt optik kan normalt fjernes uden at udskifte kontakten eller linjekortet. For mange virksomheds-, cloud- og datacentersammenkoblingsapplikationer er denne servicemodel stadig en af de stærkeste grunde til at brugestikbare optiske transceivere.
Lineær pluggbar optik
Lineær pluggbar optik holder det optiske modul på frontpanelet, men reducerer eller fjerner nogle signalbehandlingsfunktioner inde i modulet. Målet er at skære ned på modulets strøm og samtidig bevare den velkendte pluggbare formfaktor.
Dette er en vigtig sondring: LPO er ikke CPO. LPO ændrer, hvordan frontpanelmodulet håndterer elektrisk signalbehandling; CPO ændrer det fysiske forhold mellem den optiske motor og værts-ASIC.
Near-Package optik
Nær-pakke-optik flytter den optiske motor væk fra frontpladen og tættere på værts-ASIC, hvilket forkorter den elektriske vej uden at integrere optikken fuldt ud i den samme pakke som switch-silicium. Det ligger mellem traditionelle pluggables og fuld co-packaging med hensyn til integration.
Sampakket optik
CPO placerer optiske motorer i det samme pakkemiljø som eller i meget tæt nærhed af switch-ASIC. Broadcom beskriver sin CPO-platform som heterogen integration af optik og silicium på et pakket substrat, med det mål at reducere vejtab og effekt forbundet med lange højhastigheds elektriske forbindelser. Dens nuværendeCPO platform oversigtviser også, at CPO kan implementeres som en del af både scale-up og scale-out netværkssystemer.
Arkitekturen er derfor ikke defineret af ét universelt mekanisk layout. Forskellige leverandører kan bruge forskellige pakke-, fibertilslutnings-, laserkilde- og konnektorstrategier, mens de stadig følger det samme grundlæggende princip: Flyt optikken tættere på koblingssiliciumet, så mindre af signalet med højeste hastighed skal krydse printkortet elektrisk.
Hvorfor AI-netværk skubber optikken tættere på ASIC
Efterhånden som vognbanehastigheden stiger, bliver PCB-kanaler sværere at køre. Skineffekt, dielektrisk tab, krydstale, pakketab og udligningskrav øger alle omkostningerne og den nødvendige kraft til at flytte elektriske signaler mellem ASIC'en og et frontpanelmodul.
Det problem betyder mere i AI-klynger, fordi high-radix-switches samler enorm båndbredde i et begrænset chassisområde. Samtidig deler netværket den samme facilitetsstrøm og kølerum som GPU'er og anden computerhardware.
CPO løser dette ved at forkorte den elektriske vej og flytte mere af højhastighedsforbindelsen ind i det optiske domæne. Broadcoms nuværende CPO-switch-portefølje inkluderer 200G-SerDes-baserede systemer, mens NVIDIAs nuværendesilicium fotonik netværksplatformbruger også co-pakket optik med 200G SerDes til AI-skala Ethernet og InfiniBand-systemer.
Disse leverandørimplementeringer viser, hvorfor CPO får opmærksomhed, men deres offentliggjorte styrke- eller pålidelighedsgevinster bør ikke behandles som faste værdier for enhver arkitektur. Systemgrænser, køleantagelser, laserplacering, rækkevidde, switchdesign og trafikmodel kan alle ændre sammenligningen.
CPO vs pluggbar optik: Hvad ændrer sig faktisk?
| Design område | Sampakket optik | Stikbar optik |
|---|---|---|
| Optik placering | Integreret med eller placeret meget tæt på switch ASIC | Aftageligt modul på frontpladen |
| Højhastigheds elektrisk vej | Kortere | Længere PCB-vej fra ASIC til frontpanel |
| Båndbreddetæthed | Kan flytte mere optisk I/O tættere på pakkens kant | Begrænset af frontpladebure og modulafstand |
| Magtstrategi | Reducerer afhængigheden af lange elektriske kanaler og tilhørende signalbehandling | Afhænger af modul DSP, retimere, værtskanalkvalitet og rækkevidde |
| Termisk design | Forskyder mere termisk kompleksitet mod pakkens og systemets køledesign | Varmen fordeles over udskiftelige frontpanelmoduler |
| Udskiftelighed i felten | Afhænger af optisk motor, stik og ekstern laserarkitektur | Individuelle transceivere er normalt hot-swappable |
| Fiberindgangspunkt | Fiber skal nå optiske motorer inde i eller i nærheden af pakken | Fiber ender ved frontpanelmoduler |
| Passer bedst i dag | AI/HPC-systemer med meget høj båndbredde, hvor strøm og tæthed retfærdiggør tættere integration | Bredt udvalg af enterprise-, cloud-, DCI-, storage- og AI-udskaleringsapplikationer |
Eliminerer CPO fiberkabler?
Nej. CPO-ændringer, hvor elektrisk-til-optisk konvertering finder sted; det fjerner ikke den optiske vej mellem systemerne.
Fiber skal stadig forbinde switch-porte, racks, klynger, patching-felter og andre netværksendepunkter. I en CPO-platform kan kabelføringsproblemet faktisk blive mere følsomt, fordi fibre måske skal ind i chassiset og nå optiske motorer, der sidder meget tættere på switch-pakken.
Det gør designet affiberkabelsamlinger, routingstier, forbindelsesgrænseflader, serviceløkker, rengøringsadgang og bøjningskontrol del af CPO-systemets design snarere end en separat eftertanke.
Intern fiberrouting bliver vigtigere
I et stikbart system sker det meste af serviceadgang ved frontpladen. I CPO kan nogle fiberstier strække sig dybere ind i chassiset. Den faktiske routing afhænger af platformen, men de tekniske spørgsmål er konsekvente:
- Kan den interne fiberbane opretholde den minimale bøjningsradius, der er specificeret for kabelsamlingen?
- Kan teknikere nå brugbare tilslutningspunkter uden at forstyrre tilstødende fibre?
- Undgår ruten blæsere, kolde plader, skarpe kanter og beslag i bevægelse?
- Kan chassiset opretholde fiberorganiseringen, når portantallet stiger?
Disse spørgsmål betyder noget, fordi stik- og kabelarkitekturen nu er tættere koblet til det mekaniske design af switchen.
Connector Density flytter op på prioritetslisten
High-radix CPO-systemer har brug for en stor mængde optisk I/O i et begrænset frontpanelområde. Det skaber efterspørgsel efter kompakte multifiber- og meget lille formfaktor-konnektorsystemer, men der er ingen enkelt konnektor, der definerer alle CPO-implementeringer.
Afhængigt af platformen kan det eksterne fiberanlæg bruge konventionelle dupleksgrænseflader, multifiberkonnektorer, aftagelige fibersamlinger eller nyere højdensitetskonnektorformater. EksisterendeMPO/MTP kabelsamlingerforbliver relevante, hvor switchen eller det strukturerede kabeldesign bruger parallelle eller fibergrænseflader med højt antal, men de bør ikke antages at være konnektoren for hvert CPO-system.
Tab af indføring og refleksion har stadig betydning
Hvert stik, adapter, splejsning, kassette og interne optiske interface bruger en del af linkbudgettet. Flytning af den optiske motor tættere på ASIC fjerner ikke disse passive tab.
For CPO-design skal ingeniører overveje den komplette optiske vej fra den optiske motor gennem intern fiber, chassisgrænseflade, struktureret kabling og fjernmodtageren. Hvis flerefiberoptiske stikog adaptere er til stede, bør deres specificerede indsættelsestab og ydeevne for returtab inkluderes i kanalberegningen i stedet for at erstattes med én generisk konnektortillæg.
Adaptere og Blind-Mate-grænseflader har brug for serviceadgang
CPO-platforme kan bruge aftagelige eller blind-mate optiske grænseflader for at gøre tæt intern fiber praktisk. Disse grænseflader kan forbedre montering og servicevenlighed, men de gør også justering, kontamineringskontrol og mekanisk adgang til vigtige designfaktorer.
Hvor et chassis bruger aftagelige optiske grænseflader, bør sammenkoblingssystemet evalueres sammen med det eksternefiberoptiske adaptereog patching arkitektur, så vedligeholdelse ikke afhænger af utilgængelige forbindelsespunkter.
Eksterne laserkilder Ændrer servicemodellen
Et af de vigtigste CPO-designvalg er, hvor laseren sidder. OIF'erneCo-Packaging Frameworkbemærker, at silicium-fotonik optiske motorer kan bruge enten integrerede eller eksterne laserkilder. Med en ekstern laserkilde kan laseren placeres i et udskifteligt frontpanelmodul, mens kontinuerligt bølgelys leveres til den co-pakkede optiske motor.
Dette betyder noget, fordi laseren ikke længere automatisk er bundet til den samme feltudskiftelige enhed som switch ASIC. OIF identificerer specifikt forbedret servicevenlighed og termisk adskillelse som potentielle fordele ved eksterne laserarkitekturer, og bemærker samtidig det yderligere optiske tab, som laserleveringsstien introducerer.
Nogle CPO-systemer bruger derforpolarisationsvedligeholdende fiberkomponentereller andre kontrollerede optiske veje til at levere lys fra en ekstern laserkilde ind i pakken. Det nøjagtige krav afhænger af den optiske motor og laserarkitekturen snarere end af CPO som kategori.
Servicevenlighed: CPO ændrer fejldomænet
Pluggbar optik har en ligetil operationel fordel: Transceiveren er en lille, standardiseret feltudskiftelig enhed. Hvis modulet svigter, kan teknikere normalt udskifte modulet uden at forstyrre resten af kontakten.
CPO ændrer den model, men det betyder ikke altid, at hele chassiset skal udskiftes. Tjenestegrænsen afhænger af platformen.
NVIDIA placerer for eksempel lasere i tilgængelige eksterne laserkildemoduler og bruger aftagelige fibergrænseflader i sine silicium-fotonik-switches. Broadcom bruger også pluggbare laserkilder i nuværende CPO-systemer. Disse designs er forsøg på at holde høje fejl eller servicefølsomme komponenter udskiftelige, selvom selve den optiske motor er meget tættere integreret med skiftesiliciumet.
Det praktiske spørgsmål til operatører er derfor ikke blot "Er CPO brugbart?" Det er:
- Hvilke optiske komponenter er feltudskiftelige?
- Kan eksterne lasere udskiftes uafhængigt?
- Kan fibersamlinger afbrydes uden at fjerne linjekortet?
- Hvad sker der, hvis en intern optisk motor svigter?
- Hvilken spareenhedsstrategi kræver platformen?
CPO kan øge platformsafhængigheden
Et standard pluggbart økosystem giver operatører stor frihed til at købe kompatible moduler separat fra switch-platformen. CPO integrerer optikken tættere med silicium og det mekaniske system, så sourcing-modellen kan blive mere platformsspecifik.
Det betyder ikke, at hvert CPO-design skaber det samme niveau af leverandørafhængighed. Interoperable eksterne laserkilder, standardiserede styringsgrænseflader, aftagelige optiske stik og almindelige fibergrænseflader kan alle reducere denne afhængighed. DeOIF CMIS 5.3 specifikationomfatter f.eks. overvågningsbestemmelser for CPO-undersystemer og eksterne laserinput.
For indkøbsteams er de relevante spørgsmål livscyklussupport, tilgængelighed af reserve-enheder, konnektorkompatibilitet, overvågningssupport og om optiske komponenter kan købes eller serviceres uafhængigt af switch-platformen.
Hvem bør bekymre sig om CPO nu?
Hyperscale AI og HPC netværk
CPO fortjener øjeblikkelig arkitektonisk opmærksomhed, hvor switch radix, 200G-klasse SerDes, strømtæthed og klyngestørrelse gør frontpanel pluggbare arkitekturer svære at skalere. Broadcom tilbyder allerede CPO switch-platforme, og NVIDIA har annonceret CPO-baserede Spectrum-X og Quantum-X-systemer, så dette er ikke længere kun et laboratoriekoncept.
Til disse implementeringer bør netværksarkitekter evaluere CPO på samme tid som switch-køling, strukturerede fiberruter, konnektortæthed, ekstern laserserviceadgang og vedligeholdelsesprocedurer på rackniveau.
Eksisterende 400G og 800G datacentre
De fleste eksisterende virksomheds- og cloud-netværk behøver ikke at redesigne omkring CPO, blot fordi teknologien eksisterer. Pluggbar optik forbliver moden, nem at udskifte, bred interoperabel og godt forstået af driftsteams.
For disse miljøer er CPO bedre behandlet som en køreplan. Hold kan forberede sig ved at forbedre fibertætheden, dokumentere budgetter for indsættelsestab, standardisere højkvalitets patching og undgå kabelvalg, der gør fremtidige ændringer på chassisniveau unødvendigt vanskelige.
CPO vs pluggbar optik: en praktisk beslutningstjekliste
- Båndbreddetæthed:Begrænser frontpanelmodulets tæthed kontaktdesignet?
- Magt:Er strøm til elektriske kanaler og tilslutningsbart modul væsentligt begrænsende for rackskalaen?
- Køling:Kan platformen understøtte det termiske design, der kræves af tæt integreret optik?
- Servicevenlighed:Hvilke optiske komponenter forbliver feltudskiftelige?
- Fiberruting:Kan chassiset understøtte tæt intern fiber uden at krænke bøjnings-, adgangs- eller rengøringskravene?
- Konnektorarkitektur:Er de eksterne og interne optiske grænseflader defineret og understøttes?
- Link budget:Er alle interne og eksterne optiske tab inkluderet?
- Livscyklus:Er platformens reserve-, reparations- og leverandørsupportmodel acceptabel?
Endelig takeaway
CPO og pluggbar optik bør ikke behandles som et simpelt gammelt-versus-nyt teknologivalg. Stikbar optik holder det optiske modul ved frontpladen og bevarer en moden hot-swappable servicemodel. CPO forkorter den elektriske vej med højeste hastighed ved at integrere optikken meget tættere med switch ASIC, hvilket forbedrer skaleringsmulighederne for systemer med meget høj båndbredde.
Afvejningen er en tættere kobling mellem at skifte silicium, optiske motorer, køling, stik og fiberanlægget. For AI-datacentre er nøglespørgsmålet derfor ikke, om CPO eliminerer fiberkabling. Det er sådan, fiberkablingsarkitekturen skal ændre sig, når optisk konvertering flyttes fra et aftageligt frontpanelmodul til selve switch-platformen.
