繼CPO、NPO、LPO之后，光通信行業(yè)又有了新的熱點(diǎn)——XPO。

2026年3月11日，光通信行業(yè)名企Arista Networks聯(lián)合超過45家行業(yè)企業(yè)，發(fā)布白皮書，提出了一種全新的可插拔光模塊標(biāo)準(zhǔn)——XPO。

《XPO：重新定義AI網(wǎng)絡(luò)的可插拔光模塊》白皮書

幾天后，3月17-19日，素有 行業(yè)“技術(shù)風(fēng)向標(biāo)”之稱的OFC（ 全球光纖通信大會(huì)）在美國召開。在會(huì)上， TeraHop、新易盛、Coherent、華工正源、光迅科技、劍橋科技、Amphenol等廠商，紛紛展示了各自的XPO方案，吸引了大量觀眾圍觀。

XPO，一躍成為行業(yè)熱門話題，也成為資本市場(chǎng)的關(guān)注焦點(diǎn)。

那么，到底什么是XPO？它和CPO/NPO有什么區(qū)別，又會(huì)帶來哪些優(yōu)勢(shì)？

█什么是XPO

XPO的英文全稱，叫做eXtra-dense Pluggable Optics，超高密度可插拔光學(xué)。其實(shí)就是一種光模塊方案。

XPO光模塊外觀（正面及背面）注意，有8個(gè)MPO光接口

XPO擁有64條200Gbps PAM4高速電氣通道，單模塊帶寬達(dá)到12.8Tbps，是傳統(tǒng)1.6Tbps OSFP（八通道小型可插拔）光模塊的8倍。未來，采用400Gbps信號(hào)（已有明確的路徑圖），XPO的單模塊帶寬更可以達(dá)到25.6Tbps。

XPO ×1 = OSFP ×8

XPO的模塊尺寸是60.8mm×111.8mm×21.3mm，模塊寬度是OSFP的2.7倍。

帶寬×8，面板面積×2.7。換算一下，XPO的整個(gè)前面板帶寬密度，大約提升了4倍。

OSFP模塊，開放機(jī)架1U的空間，最多塞入32個(gè)模塊，達(dá)到51.2Tbps交換容量。

而XPO模塊，開放機(jī)架1U的空間，能塞入16個(gè)模塊，但交換容量卻能達(dá)到204.8Tbps，是OSFP的4倍。

這更意味著，客戶在構(gòu)建大型智算中心時(shí)，交換機(jī)機(jī)柜的數(shù)量縮減75%。這將大量減少機(jī)房占地面積，降低場(chǎng)地租金以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本（包括配電、管道和安裝費(fèi)用）。

例如，一個(gè)400MW的十萬卡級(jí)智算中心（128000塊GPU），如果使用OSFP模塊，需要約1408個(gè)交換機(jī)機(jī)架。而使用XPO模塊，只需要352個(gè)機(jī)架。

高密度的交換端口，也有利于構(gòu)建層級(jí)更少的組網(wǎng)（Scale Out，橫向擴(kuò)展），減少數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)，并降低延遲。

█XPO的架構(gòu)特點(diǎn)

那么，XPO為什么能實(shí)現(xiàn)這么高的集成密度呢？

答案就在XPO的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

• 液冷散熱

Arista公司將XPO的架構(gòu)稱之為“Belly-to-Belly（肚皮對(duì)肚皮）”。

XPO沒有采用傳統(tǒng)的單PCB布局，而是設(shè)計(jì)了兩塊獨(dú)立的32通道PCB板（槳板），中間夾著一塊液冷冷板，有點(diǎn)像“奧利奧餅干”。

PCB上的高功率發(fā)熱元件，例如發(fā)射線路、激光驅(qū)動(dòng)器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器，安裝在面向冷板的內(nèi)側(cè)（熱面）。低功率元件，例如接收線路和控制邏輯，安裝在外側(cè)（冷面）。

液冷冷板，通過直接接觸的方式，為上下兩塊PCB提供散熱。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，XPO的液冷冷板可以扛住超過400W的模塊功耗。如果使用40-45°C溫水液冷，XPO可以實(shí)現(xiàn)比氣冷方案低20-25°C的降溫效果。

同時(shí)，冷卻液的溫度變化平緩，大幅降低了熱應(yīng)力。兩大因素共同作用，能夠顯著降低元件的故障率。

XPO模塊尾部的兩根金屬棒，是盲插快速斷開連接器，用于冷卻液的進(jìn)和出：

連接器具有500次插拔循環(huán)設(shè)計(jì)壽命，而且防漏。它可以直接與主機(jī)系統(tǒng)的冷卻歧管整合，讓模塊插拔非常輕松。

連接器的流量也支持動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，0.25~0.7升/分鐘，根據(jù)模塊功耗自動(dòng)適配。

采用液冷，也需要關(guān)注利用率。

通常來說，當(dāng)機(jī)架的功率密度超過120kW時(shí)，采用液冷是更加劃算的。如果采用OSFP，交換機(jī)架的功率密度大概只有32kW，液冷利用率不足。如果采用XPO，功率密度約為128kW，可以充分利用液冷的冷卻能力，攤薄液冷、供電等基礎(chǔ)設(shè)施的資本投入。

• 釋放拉片

XPO模組上有一個(gè)非常醒目的扳手：

這是機(jī)械彈射架構(gòu)的釋放拉片。XPO的高速電氣觸點(diǎn)很多，插拔需要很大的力量。

基于這個(gè)釋放拉片設(shè)計(jì)，可以提供1:11的機(jī)械杠桿作用，使操作人員能夠在不使用專用工具的情況下插拔XPO模塊，同時(shí)確保數(shù)百個(gè)信號(hào)引腳的可靠電氣接觸。

• 大電壓小電流

在電流方面，XPO也有改進(jìn)。

傳統(tǒng)可插拔光模塊使用3.3V DC直流輸入。對(duì)于高功率光模塊來說，電流會(huì)很高（功率=電壓×電流）。例如，一個(gè)400W的光模塊，在3.3V電壓下，電流會(huì)超過120A。

這就需要物理上很大的電源連接器和厚重的銅走線，存在很多限制。

XPO直接從機(jī)架母線引入46-53V（標(biāo)稱48-50V）DC直流輸入，然后在光模塊的槳板上做48V轉(zhuǎn)3.3V的轉(zhuǎn)換。相同的400W光模塊，所需的電流降低到不到10A。

這樣一來，電流需求大幅降低，電源連接器可以做得更小，主板上那些笨重的、按最壞情況配置的穩(wěn)壓器也不需要了。

將電壓轉(zhuǎn)換功能從主板遷移至XPO模塊內(nèi)部，可以大幅減少主板所需的組件數(shù)量，進(jìn)而提升交換機(jī)系統(tǒng)的整體可靠性（電壓調(diào)節(jié)器如果發(fā)生故障，僅影響單個(gè)模塊，不會(huì)中斷整個(gè)交換機(jī)）。

• 干凈線性通道

XPO架構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，非常注重消除信號(hào)串?dāng)_。

它把發(fā)射和接收信號(hào)嚴(yán)格分離到槳板的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)所謂的“干凈線性通道”，最小化串?dāng)_，并最大化信號(hào)完整性。

高速信號(hào)和電源/控制信號(hào)（I2C/I3C、復(fù)位、中斷等）完全物理隔離。低速信號(hào)全都走獨(dú)立的專用卡邊連接器，防止電源噪聲影響高速數(shù)據(jù)通道。

• 生態(tài)復(fù)用

XPO模塊在生態(tài)上也有優(yōu)勢(shì)。它可以直接沿用現(xiàn)有硅光和光學(xué)元件，無需重新開發(fā)芯片，有利于快速產(chǎn)業(yè)化。

XPO的轉(zhuǎn)接卡面積很大，設(shè)計(jì)空間很充裕。它可以支持當(dāng)前已存在或正在開發(fā)中的任何光模塊方案，包括1600G-DR、FR、LR、SR、ZR、ZR+、Coherent-Lite等等。

█XPO的技術(shù)挑戰(zhàn)

XPO優(yōu)點(diǎn)很多，但也有缺點(diǎn)。

一方面，XPO的功耗太高。為了達(dá)到12.8T的速率，XPO的功耗飆升到了400W左右。作為對(duì)比，目前主流的1.6T模塊功耗約25W，按比例算，XPO的總功耗是16倍，單位功耗是2倍（帶寬是8倍）。CPO的話，功耗能下降70%。

另一方面，XPO依賴原生集成液冷系統(tǒng)。這對(duì)部署條件提出了要求，也帶來了設(shè)計(jì)、可靠性和成本方面的挑戰(zhàn)。

第三，相比NPO和CPO，XPO 將光引擎放在了PCB板邊，離交換芯片更遠(yuǎn)， 電氣路徑更長(zhǎng)， 信號(hào)損耗更大。為了維持信號(hào)質(zhì)量，SerDes（串行器/解串器）功耗也會(huì)增加。

第四，XPO對(duì)PCB主板材料要求更高。為了驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)距離的高速信號(hào)，XPO必須使用超低損耗的PCB材料。這會(huì)增加制造成本。PCB面積增加，也需要考慮強(qiáng)度和剛度問題。PCB上金手指區(qū)域觸點(diǎn)很多很密集，需要考慮精度控制、橫向翹曲、材料膨脹系數(shù)等問題。

█如何看待XPO

總的來說，XPO的核心優(yōu)勢(shì)，就是在可插拔的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了超高密度、超大帶寬。

它憑借架構(gòu)上的巧妙設(shè)計(jì)，很好地解決了散熱和可靠性問題。在產(chǎn)業(yè)生態(tài)和工程化方面，也有一定的優(yōu)勢(shì)。

一直以來，業(yè)界都普遍認(rèn)為，只有CPO（光引擎和交換芯片封裝在一起，不可插拔）這種高度整合的方案，才能實(shí)現(xiàn)“帶寬提升+功耗可控”。

來源：中金研究院

但云廠商運(yùn)維團(tuán)隊(duì)對(duì)于CPO并不買賬。他們認(rèn)為，CPO不能靈活替換光模塊，如果壞了，就要整個(gè)主板換掉，不僅費(fèi)事，也費(fèi)錢。

XPO，其實(shí)就是妥協(xié)的產(chǎn)物。通過一些設(shè)計(jì)改進(jìn)，勉強(qiáng)可以滿足“帶寬提升+可插拔”的需求，代價(jià)就是功耗更大。

事實(shí)證明，這種妥協(xié)還是很受行業(yè)歡迎的。

Arista能夠在短時(shí)間內(nèi)就拉來了45家企業(yè)（包括光學(xué)模塊制造商、硅芯片供應(yīng)商、連接器廠商、系統(tǒng)集成商、云服務(wù)提供商） ，共同組建XPO MSA（多源協(xié)議組織），就說明了大家都認(rèn)可這個(gè)方案。

部分XPO MSA聯(lián)盟成員

XPO走技術(shù)開放路線，也是正確的選擇，非常容易形成生態(tài)，加速技術(shù)的成熟和規(guī)模化普及，也不用擔(dān)心技術(shù)被某一家企業(yè)所壟斷。

傳統(tǒng)的可插拔光模塊，到了800G和1.6T級(jí)別，已經(jīng)是極致了。到3.2T級(jí)別，理論上還是要依賴于CPO。但CPO這種共封裝，對(duì)工藝要求更高，量產(chǎn)難度大，良品率低，成本更高。

從短期來看，采用XPO或NPO進(jìn)行過渡，是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。XPO采用可插拔架構(gòu)，可以幫助云廠商迅速提升數(shù)據(jù)中心的單端口帶寬，還能節(jié)約不少成本。

目前，業(yè)界普遍認(rèn)為，CPO是長(zhǎng)期的必然趨勢(shì)，但XPO/NPO是中期的現(xiàn)實(shí)妥協(xié)。至于XPO到底能不能被市場(chǎng)所接受，究竟有多久的生命周期，仍有待進(jìn)一步觀察。

參考文獻(xiàn)：

1、 《XPO：重新定義AI網(wǎng)絡(luò)的可插拔光模塊》白皮書，Arista；

2、《 XPO橫空出世，12.8Tbps液冷光模塊來了！》，云深知網(wǎng)絡(luò)；

3、《 Arista XPO白皮書解析》，傅里葉的貓；

4、各企業(yè)官網(wǎng)、OFC官網(wǎng)。

來源：鮮棗課堂

編輯：檸七

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