芯耀
与非AI
289
今日和文档君一起学习技术名词：LPO/NPO/CPO。
Q、什么是 LPO/NPO/CPO？
LPO、NPO和CPO 是近年来为应对数据中心、AI 集群和高性能计算中功耗、带宽与成本瓶颈而兴起的三种先进光模块封装与集成技术。它们通过改变传统光模块中“电-光”转换的位置与集成方式，优化系统能效与信号完整性。三者并非替代关系，而是覆盖 “当下 - 过渡 - 未来” 的技术阶梯。
传统带 DSP 可插拔光模块：转发芯片布设于设备 PCB 单板，光模块独立外置、采用插拔式设计。光模块与转发芯片之间的高速电互连走线长达数十厘米，长距离传输极易引发信号衰减与波形畸变，因此模块内置 DSP（Digital Signal Processor）芯片，用于实时补偿、校正信号，保证高速信号可靠传输。模块内部集成 OE（Optical Engine）光电转换引擎、DSP 数字信号处理器及激光器组件：激光器提供传输光源，OE 光引擎完成光电转换，实现光信号发射与接收（Tx/Rx）。
LPO（Linear-drive Pluggable Optics，线性驱动可插拔光学）：转发芯片同样布设于设备 PCB 单板，光模块仍为独立外置、插拔式结构，是传统可插拔光模块的 “瘦身改良版”。该架构移除模块内部 DSP，将信号处理能力迁移至转发芯片，模块仅保留光电转换、线性驱动等基础功能，同时兼容 QSFP-DD、OSFP 等标准可插拔接口，形态与使用方式保持不变。
NPO（Near-Packaged Optics，近封装光学）：该方案是向 CPO 演进的过渡形态。光引擎板载于设备主板 PCB，并紧邻转发芯片部署，电信号损耗小于13 dB；方案延续无 DSP 设计，搭配独立 ELS（External Laser Source）激光器作为光源，光信号收发仍由 OE 光引擎实现。此架构在降低链路损耗的同时，支持光引擎独立更换，运维灵活度更高。
CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）：实现芯片级光电深度集成，光引擎与转发芯片集成封装于同一基板，合为一体化芯片。该方案彻底取消设备前面板光接口，电信号传输路径缩短至毫米级，是光电融合技术的终极形态。
Q、为什么需要 LPO/NPO/CPO？
随着 AI 大模型训练集群高速发展，单台交换机带宽需求已达到 51.2 Tbps、102.4 Tbps 级别。传统可插拔光模块方案，已无法适配当下高密度、高带宽、低功耗的网络建设要求，主要面临三大核心挑战：
1. 功耗压力突出：面向 800G/1.6T 高密度端口组网场景，传统 800G DR8 可插拔光模块单口功耗达 18~25W，光模块功耗占整机总功耗比重接近 50%。以业界主流 64 端口 800G 交换机测算，满配该类光模块后，仅模块部分功耗就达到 1152W~1600W，给设备供电与散热系统带来极大压力。
2. 信号衰减严重：传统架构下，光模块与转发芯片之间存在数十厘米长 PCB 走线。进入 112G、224G 超高速传输时代，长距离走线会带来严重信号损耗与串扰，只能依靠模块内置 DSP 做信号补偿校正。而 DSP 本身会进一步增加功耗，也无法从根源上解决信号劣化问题，易造成网络时延增大、抖动加剧、误码率升高等问题。
3. 空间与散热压力：传统光模块采用面板笼位式安装，物理结构制约了端口密度进一步提升。高密度部署场景中，机柜安装空间紧张；加之大量高功耗模块集中发热，设备散热系统长期满负荷运转，难以满足 AI 集群长期稳定运行的要求。
LPO、NPO、CPO 等新型光电集成方案，可在保障超高带宽传输能力的基础上，大幅降低单位比特传输功耗，有效缓解供电、散热与空间压力。
Q、LPO/NPO/CPO是如何工作的？
1. LPO 工作原理
信号路径：转发芯片 →线性驱动（无 DSP）→光模块（光电转换）→光纤→对端。
核心简化：砍掉 DSP，转发芯片集成线性化信号处理功能，光模块仅做 “光电转换 + 放大”，降低功耗、减少成本。
关键特性：保留热插拔，即插即用，兼容现有设备，无需改造架构。
2. NPO 工作原理
信号路径：转发芯片 →极短 PCB 走线（2-5cm）→板载光引擎（光电转换）→光纤→对端。
核心优化：光引擎 “贴” 在转发芯片附近，缩短电链路、减少损耗，无需长距离 PCB 走线，降低对 DSP 依赖。
关键特性：光引擎可独立更换，维护性优于 CPO，集成度高于 LPO。
3. CPO 工作原理
信号路径：转发芯片→光引擎（同基板集成，毫米级走线）→光纤→对端。
核心突破：光电芯片一体化，电信号在转发芯片与同封装的光引擎之间传输，彻底消除长距离电互连，无需 DSP/重定时器。
关键特性：集成度最高、功耗最低、延迟最小，光引擎成为芯片一部分。
Q、 LPO/NPO/CPO优劣对比
| 维度 | DSP光模块 | LPO | NPO | CPO |
|---|---|---|---|---|
| 功耗 | 高 | 较低 | 较低 | 最低 |
| 带宽密度 | 低 | 较低 | 较高 | 最高 |
| 技术成熟度 | 完全商用，全行业成熟 | 商用初期 | 试验阶段 | 研发/试点 |
| 可维护性 | 极好，支持热插拔，单独更换 | 好，可插拔 | 较差 | 差，不可插拔 |
| 成本 | 中等，成熟供应链 | 较低 | 中等 | 高，封装复杂 |
| 部署灵活性 | 极高，通用标准接口，即插即用 | 高 | 中低 | 低 |
LPO 当前最具性价比，NPO是过渡阶段，CPO 是长期演进方向。
Q、 LPO/NPO/CPO有哪些应用场景？
LPO：适配存量机房改造，承载 800G/1.6T 中短距传输，服务 AI 推理集群，兼顾兼容度与降功耗需求。
NPO：面向新建中型智算站点，支撑 800G/1.6T 机架内短距互联，均衡性能集成与日常运维能力。
CPO：聚焦万卡级超算训练集群，满足 1.6T 及以上超短距高速传输，实现极致低功耗高密度组网。
Q、LPO/NPO/CPO业界应用进展？
LPO进展：自 2025 年起，LPO 产品进入规模起量阶段，2026 年 800G/1.6T LPO 光模块已在 AI 推理、数据中心存量改造场景实现批量部署。谷歌、Meta 等海外厂商为主力推动者，国内厂商如新易盛、中际旭创、索尔思已实现 1.6T LPO 量产，预计 2026 年整体出货量可达 300~400 万只。
NPO进展：2026 年 OFC 会议上，谷歌、阿里、腾讯等企业集中发布 NPO 部署计划，标志着该技术进入商用关键期。国内设备厂商新华三已推出支持 NPO 光引擎的 S9800 系列交换机；目前 1.6T NPO 技术已基本成熟，预计 2026 年下半年实现小批量出货，2027 年进入规模放量阶段。
CPO进展：2026 年 GTC 大会上，英伟达发布 Quantum 3400 CPO 交换机，博通 TH6 系列、英特尔 CPO 方案也在 OFC 期间亮相，技术方案逐步清晰。行业预计1.6T CPO 将于 2026 年底启动试点出货，2027~2028 年进入规模商用阶段；面向下一代需求的 3.2T CPO 产品，预计 2028 年后逐步落地。
一句话总结：2026~2027 年，LPO/NPO 将主导 800G/1.6T 中短距市场，重点覆盖数据中心存量改造与新建中型 AI 集群场景；2028 年以后，CPO 将在 3.2T 及以上速率的超大规模训练集群中成为主流方案。三者并非相互替代，而是长期共存、场景互补，共同支撑 AI 算力网络的持续演进。
我司进展：下一代51.2T转发芯片将集成LPO技术；NPO样机现已成功发布，实测端口功耗降低60%；同时，公司已启动自研CPO计划，下一代102.4T转发芯片将集成CPO相关技术。
