LPO 光模塊：低功率，低延遲，低成本的解決方案

Linear-drive Pluggable Optics (LPO)

Linear-drive Pluggable Optics（LPO）是一項新技術，被視為滿足高速、高密度光通訊連接需求的新解決方案，特別是在數據中心領域。它的目的在解決光模塊的功耗和延遲問題，這些光模塊是智能計算網絡中心和數據中心基礎設施的關鍵零件。

技術說明

LPO 技術的特點是從光模塊中去除數位信號處理器（DSP， Digital Signal Processors）。取而代之的是使用線性驅動策略（linear drive），用具有高線性度和集成均衡（EQ，equalization）功能的電流轉換放大器（TIA，Transimpedance Amplifiers）和驅動晶片替代 DSP。這種方法通過移除了 DSP 設計的需求，簡化了光模塊的設計，DSP 設計傳統上在將接收到的信號在發送前進行清理，穩定。

應用

LPO 特別適用於需要高頻寬和低延遲的應用，如機器學習和高性能計算環境中的 switch 對 switch、switch 對 server 和 GPU 對 GPU 連接。它也適用於需要高速數據傳輸和處理、高密度布線和節能解決方案的智能計算中心。

優勢

LPO 的主要優勢包括：

降低功耗：與傳統可插拔光模塊相比，LPO 光模塊可以將功耗降低約 50%。

降低成本：通過消除 DSP，後者在 400G 光模塊的材料清單（BOM）成本中可占 20-40%，光模塊的整體成本可以顯著降低。

低延遲：消除 DSP 並使用具有 EQ 功能的高線性 TIA 和驅動晶片可以顯著減少信號恢復時間，將延遲降低到 picosecond 。

缺點

儘管 LPO 技術具有其優勢，但也面臨一些挑戰：

通信距離短：去除 DSP 可能導致系統中的位元錯誤率（bit error rate）增加，自然縮短了可傳輸距離。由此可知 LPO PCB 製作上針對訊號完整性，特別是阻抗表現的完整性變得更為重要。

市場趨勢

LPO 市場仍在發展中，預測顯示 LPO 將在 2024 年實現大規模商業化。樂觀的行業估計提出 LPO 未來可能佔據市場份額的一半，而更保守的預測預計到 2026 年 CPO/LPO 的合併份額約為 30%。然而，Cignal AI 預測，到 2027 年，使用 LPO 的 800GbE 數據中心光學預測將不到 10%，這些不同的預測顯示儘管對該技術充滿期待，但由於技術和市場挑戰，目前對於未來市場的預估狀態差異很大。

總之，LPO 代表了光通訊領域的一項重大進步，提供了性能和成本之間的平衡。它對於短距離應用特別有前景，預計將在數據中心光網路不斷演變的情況下發揮關鍵作用，特別是隨著人工智能和通用計算（AIGC）浪潮的持續。然而，該技術的採用將取決於克服當前挑戰和推進技術能力。

Appendix

SerDes（串行/並行轉換器）是高速通信系統中的關鍵技術，將數據在串行和並行格式之間轉換。SerDes 的關鍵規範包括協議支持、功耗、抖動、數據速率和範圍。這些規範對於確保與通信標準的兼容性、管理功效、維持信號完整性以及在特定距離上達到所需的性能水平至關重要。

Transimpedance amplifier：Transimpedance amplifier (TIA) 元件，主要透過運算放大器來達成將電流轉換電壓的功能。在一些特定感應器，如光電二極體主要以電流為輸出的元件搭配上，TIA 扮演著重要的角色，因為可以線性的將電流訊號轉換成電壓訊號跟其他元件溝通。TIA 為感測器提供一個低阻抗負載，確保線性響應並將感測器與輸出電壓隔離。TIA 中的回饋電阻設定了增益，即輸出電壓與輸入電流的比率，可以將低電流輸出轉換成高電壓與其他元件溝通。

The Key | 每天的關鍵

搜尋此網誌