CPO相對LPO的優(yōu)勢剖析

在光通信技術(shù)飛速發(fā)展的當下，數據中心對高速、高效、低能耗的光互連解決方案需求日益迫切。CPO（共封裝光學(xué)）和LPO（線(xiàn)性驅動(dòng)可插拔光模塊）作為兩種備受矚目的技術(shù)方案，在光模塊應用領(lǐng)域展現出各自的特點(diǎn)。然而，CPO在諸多方面相較于LPO具備明顯優(yōu)勢。

CPO技術(shù)將網(wǎng)絡(luò )交換芯片和光模塊共同封裝在同一個(gè)插槽中，實(shí)現了光引擎與交換芯片的緊密結合。這種高度集成的架構大幅縮短了交換芯片與光引擎之間的距離，從根本上優(yōu)化了電信號傳輸路徑 。以典型的數據中心交換機與光模塊連接為例，傳統方式下，信號在較長(cháng)的傳輸線(xiàn)路中會(huì )產(chǎn)生衰減和延遲，而 CPO技術(shù)使得信號傳輸距離大幅縮短，有效提升了電信號傳輸速度，保障了信號的完整性，減少了信號失真和干擾的可能性 。

反觀(guān)LPO，雖然采用線(xiàn)性直驅技術(shù)取消了光模塊中的DSP/CDR芯片，將相關(guān)功能集成到設備側的交換芯片中，但光模塊與交換芯片仍相對獨立，在信號傳輸的集成優(yōu)化程度上遠不及CPO。

CPO技術(shù)實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )交換芯片和光模塊的深度協(xié)同工作。由于二者在物理上緊密相連，在數據處理和傳輸過(guò)程中能夠實(shí)現更高效的配合。例如，在處理大規模數據流量時(shí)，交換芯片可以及時(shí)、準確地將數據發(fā)送給光模塊進(jìn)行光信號轉換和傳輸，光模塊也能快速響應，將接收到的光信號轉換為電信號反饋給交換芯片 。這種高效的協(xié)同工作模式，使得CPO在應對大數據量、高速率的數據傳輸任務(wù)時(shí)表現更為出色，有效提升了整個(gè)光通信系統的性能 。

相比之下，LPO的光模塊和交換芯片之間的協(xié)同工作依賴(lài)于外部接口和通信協(xié)議，在數據交互的及時(shí)性和效率上存在一定的局限性，難以滿(mǎn)足未來(lái)超高速、大規模數據傳輸的嚴苛需求 。

在數據中心能耗問(wèn)題日益突出的背景下，功耗成為衡量光通信技術(shù)的關(guān)鍵指標。CPO技術(shù)通過(guò)縮短信號傳輸距離和優(yōu)化集成架構，顯著(zhù)降低了信號傳輸過(guò)程中的能量損耗。相關(guān)研究數據表明，在同等數據傳輸速率下，采用CPO技術(shù)的光通信系統功耗相比傳統方案可降低30% - 50%。這對于大規模數據中心而言，意味著(zhù)每年可節省大量的電力成本，同時(shí)也有助于實(shí)現數據中心的綠色節能目標 。

LPO雖然通過(guò)取消DSP芯片降低了部分功耗，但由于其光模塊與交換芯片的分離式設計，在整體功耗控制上仍無(wú)法與CPO相媲美。特別是在長(cháng)距離、高速率的數據傳輸場(chǎng)景中，LPO的功耗劣勢將更加明顯 。

CPO技術(shù)憑借其獨特的架構和協(xié)同工作機制，能夠支持更高的傳輸速率。目前，CPO技術(shù)已經(jīng)能夠實(shí)現800G甚至1.6T的高速數據傳輸，并且在傳輸穩定性方面表現出色。在復雜的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，CPO能夠有效抵抗外界干擾，保障數據傳輸的準確性和連續性，降低誤碼率。例如，在人工智能數據中心，大量的訓練數據需要高速、穩定地傳輸，CPO技術(shù)能夠很好地滿(mǎn)足這一需求，確保AI模型訓練的高效進(jìn)行 。

LPO由于去掉DSP芯片導致系統誤碼率提升，在傳輸距離和速率提升方面存在一定瓶頸，其更適用于短距離、對速率要求相對較低的場(chǎng)景，在長(cháng)距離、超高速數據傳輸的穩定性上與CPO存在差距 。

從長(cháng)期來(lái)看，CPO技術(shù)具有明顯的成本優(yōu)勢。盡管在初期研發(fā)和部署階段，CPO的成本相對較高，但隨著(zhù)技術(shù)的成熟和規?；a(chǎn)，其成本將逐漸降低。CPO高度集成的特性減少了光模塊與交換芯片之間的接口數量和外部線(xiàn)纜連接，降低了硬件成本和布線(xiàn)成本。此外，由于CPO的低功耗特性，長(cháng)期運行過(guò)程中的電力成本節省也相當可觀(guān) 。

LPO雖然在光模塊采購成本上有所降低，取消了DSP芯片的物料成本，但在設備整體成本上，由于其對設備側交換芯片性能要求的提升以及布線(xiàn)等方面的成本，在長(cháng)期使用中，總成本優(yōu)勢并不明顯。

在維護方面，CPO技術(shù)具有較高的可靠性。由于其集成度高，減少了外部連接點(diǎn)和潛在的故障點(diǎn)，降低了故障發(fā)生的概率。一旦出現故障，CPO技術(shù)也能夠通過(guò)先進(jìn)的監測和診斷技術(shù)快速定位問(wèn)題，提高維護效率。例如，在某大型數據中心采用CPO技術(shù)后，設備故障率降低了30%，維護時(shí)間縮短了50% 。

雖然LPO支持熱插拔，在單個(gè)光模塊維護上較為方便，但由于其系統架構相對松散，在整體系統維護時(shí)，需要考慮光模塊與交換芯片之間的兼容性和協(xié)同工作問(wèn)題，維護難度和復雜性相對較高。

在技術(shù)層面，LPO在800G光模塊領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，以800gbps速率為例，其功耗可降低至約8w，相比傳統可插拔光模塊功耗大幅降低約40 - 45%。在市場(chǎng)應用上，部分企業(yè)已開(kāi)始布局，如在OFC2023上，Arista率先分享了 51.2T交換機配備LPO收發(fā)器的測試結果；英偉達也有望在2025年率先在其AI 集群中部署200G每通道的LPO收發(fā)器。許多行業(yè)領(lǐng)先客戶(hù)，如Meta，都在積極考慮采用LPO技術(shù) 。

LPO需要特定模塊與ASIC交換芯片配合，這削弱了可插拔模塊的通用性?xún)?yōu)勢。并且鏈路性能和責任界定困難，測試復雜，目前還缺乏統一的電氣和光學(xué)標準，不同供應商模塊之間的互操作性難以保障 。此外，去掉DSP芯片雖然降低了功耗和成本，但也導致系統誤碼率提升，在傳輸距離和速率提升上存在瓶頸。

盡管面臨挑戰，但LPO在100G每通道互連領(lǐng)域已成為CPO的有力替代方案。預計到2029年，LPO在800G、1.6T和3.2T端口中的滲透率分別為3%、33%和15% 。若英偉達在RuBing GPU一代中采用LPO進(jìn)行NVLink擴展，將極大地推動(dòng)1.6T - DR8 LPO模塊的市場(chǎng)需求，有望在2027年新增超過(guò)800萬(wàn)個(gè) 1.6T LPO端口。隨著(zhù)技術(shù)的不斷改進(jìn)和行業(yè)標準的逐步完善，LPO在短距離、對成本敏感且速率要求不是極高的場(chǎng)景中仍有較大的發(fā)展空間 。

技術(shù)上，CPO已能實(shí)現800G甚至1.6T的高速數據傳輸，并且在功耗降低方面表現出色，Broadcom和Cisco的CPO產(chǎn)品已實(shí)現約7pJ/bit的低功耗，IBM、Coherent等公司的CPO方案更是將功耗降至更低水平。產(chǎn)業(yè)布局上，Broadcom早在2021年就宣布了配備CPO的下一代交換ASIC產(chǎn)品線(xiàn)，其產(chǎn)品 Bailly已成功投入生產(chǎn)；Cisco在OFC2023上展示了CPO原型；英特爾將硅光子小組置于數據中心和AI（DCAI）組下，全力開(kāi)發(fā)基于硅光子學(xué)的光學(xué)引擎；此外，Ranovus、Marvell、Nubis Communications、Lightmatter、IBM等眾多公司也紛紛加入CPO技術(shù)研發(fā)的大軍 。

從技術(shù)角度，將光纖從ASIC連接到PCB前面板的布線(xiàn)過(guò)程充滿(mǎn)挑戰，系統集成后的整體測試和優(yōu)化也較為復雜。從可靠性來(lái)看，CPO技術(shù)將多個(gè)光模塊與芯片集成，導致失效率上升，如博通的CPO實(shí)驗室產(chǎn)品，16個(gè)光模塊集成在一塊板子上，失效率會(huì )提高十幾倍，可靠性穩定性降為原先的十幾分之一 。從市場(chǎng)角度，CPO研發(fā)需大量資金和人力投入，生產(chǎn)過(guò)程復雜，成本降低需時(shí)間和規模效應積累，短期內難以與光模塊競爭；而且下游北美幾大CSP云廠(chǎng)商對 CPO興趣不大，部分海外公司甚至收縮研發(fā)團隊 。此外，CPO量產(chǎn)面臨諸多技術(shù)挑戰，其標準以3.2T為代際，量產(chǎn)至少在2027年或更后，目前博通進(jìn)展最快，其第一代CPO工程性試驗要到2025年 。

根據北京智研科信咨詢(xún)有限公司發(fā)布的《2025年中國CPO行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)需求研判報告》，CPO技術(shù)的商業(yè)化步伐預計將從800G和1.6T端口起步，并于2024至2025年開(kāi)始商用，隨后在2026至2027年迎來(lái)規?；鲩L(cháng)，預計到2033年，全球CPO市場(chǎng)規模將達到26億美元。隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟、成本的逐步降低以及市場(chǎng)對高速低功耗光通信解決方案需求的持續增長(cháng)，CPO有望在未來(lái)光通信領(lǐng)域，尤其是對傳輸速率和功耗要求極高的數據中心場(chǎng)景中占據重要地位。市場(chǎng)消息也表明，英偉達或將于2025年3月召開(kāi)的GTC大會(huì )推出CPO 交換機新品，供應鏈透露這款CPO交換機正處于試產(chǎn)階段，若進(jìn)展順利，今年8月即可實(shí)現量產(chǎn)，這一系列動(dòng)態(tài)都顯示了CPO技術(shù)未來(lái)發(fā)展的潛力 。

綜上所述，CPO技術(shù)在技術(shù)原理、性能表現、成本以及維護等方面相較于LPO具有顯著(zhù)優(yōu)勢。盡管目前CPO和LPO在發(fā)展過(guò)程中都面臨各自的挑戰（相對LPO而言CPO的商用顯得更加困難），但從長(cháng)遠來(lái)看，隨著(zhù)技術(shù)的不斷突破和市場(chǎng)的逐步成熟，CPO憑借其獨特優(yōu)勢更有望在未來(lái)光通信領(lǐng)域占據主導地位，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展潮流。