一位芯片老兵，要取代CPO

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Andy Bechtolsheim是Unix系統制造商Sun Microsystems的傳奇聯合創始人，之后又創辦了多家網絡初創公司。他對共封裝光器件（CPO）并不反對。當然，唯一的問題是，迄今為止，CPO模塊還無法實現量產。

毫無疑問，共封裝光模塊（CPO）即將應用于數據中心，尤其是在人工智能行業巨頭英偉達（Nvidia）在其Quantum X800 InfiniBand和Spectrum X800以太網交換機上采用CPO鏈路之后——這兩款交換機于2024年6月發布預覽，2025年3月正式上市，并于2025年12月開始出貨。英偉達還在今年3月的GTC大會上告知客戶，隨著未來“Feynman”GPU將于2028年問世，其機架級系統核心的NVSwitch 8相干內存擴展網絡也將遷移到CPO。這強烈暗示Feynman GPU以及英偉達與之搭配的下一代Arm服務器CPU（目前尚未公布代號）也將配備CPO端口。

為了解決制造工藝問題，在今年的GTC大會之前，英偉達分別向Lumentum和Coherent注資20億美元，這兩家公司主要生產驅動CPO端口的激光器。英偉達還與這兩家公司簽署了數十億美元、為期多年的供貨協議。3月晚些時候，英偉達又與Marvell簽署了一項類似的20億美元協議，旨在為定制加速器添加NVLink Fusion端口。但我們認為，Marvell在2025年12月以25億美元收購Celestial AI時獲得的CPO技術，也可能包含在這項協議中。

與此同時，人工智能數據中心需要更高的網絡密度，因此需要比過去二十年來主導數據中心的SFP、QSFP和OSFP可插拔模塊密度更高的光模塊。更具體地說，它們需要比OSFP可插拔模塊更高的密度。OSFP可插拔模塊最初由Arista Networks于2016年提出。Arista Networks是一家新興公司，在數據中心網絡領域挑戰思科系統（Bechtolsheim是該公司聯合創始人兼首席開發官）。大約一年后，谷歌和業界采納了該標準，并推出了速度高達400 Gb/s的可插拔模塊。這些模塊已成為歷史上最流行的可插拔光模塊。

問題在于，OSFP 模塊對于現代人工智能系統所需的基數來說太大了，尤其是在需要使用以太網進行縱向擴展和橫向擴展的情況下。這時，超密集可插拔光模塊（XPO）多源協議就派上了用場。該標準由 Arista Networks、微軟、Marvell、博通和 Ciena 等公司發起，目前已獲得超過一百家公司的支持。谷歌并不在支持名單之列，這可能意味著谷歌會在 XPO 模塊預計大規模上市的同一時期，嘗試從 OSFP 可插拔模塊過渡到某種片上 CPO 技術。

XPO模塊的巧妙之處在于，它在與OSFP模塊相同的空間內提供了更高的帶寬，這意味著交換機的前面板可以輸出更多的數據流，從而提供更大的帶寬。然而，由于物理定律的限制，XPO模塊必然會帶來更高的熱密度，因此需要通過冷板和液冷來散熱。但在GPU和XPU需要以越來越大的規模進行縱向和橫向擴展，并且液冷已成為機架級系統標配的今天，這只是一個微不足道的問題。目前，沒有其他方法能夠使組件彼此更緊密地連接，從而降低延遲并提升性能。

據Bechtolsheim稱，目前使用1.6 Tb/s的OSFP模塊，可以在1U以太網交換機的前面板提供32個端口，總吞吐量為51.2 Tb/s。OSFP模塊的功耗在30瓦到40瓦之間，即使加裝散熱板，也無法真正提升散熱能力或增加交換機前面板端口密度。這意味著，如果您擁有204.8 Tb/s的交換機ASIC芯片（信不信由你，我們很快就會擁有），則需要4U的機箱空間才能容納128個以1.6 Tb/s速率運行的OSFP模塊。

XPO模塊在兩個OSFP模塊所占的空間內集成了64個運行速度為200 Gb/秒的通道，通道密度提高了四倍。XPO模塊使帶寬提高了八倍，散熱能力提高了十倍，達到400瓦。

以下是XPO模塊的分解圖：

Bechtolsheim說，這里巧妙地利用了幾何原理，使得芯片板（電路的小型主板）能夠正好安裝在兩個 OSFP 模塊相同的空間內。因此，芯片和芯片板的設計無需更改。將兩個芯片板并排放置，然后將兩對芯片板首尾相接堆疊，就能在兩倍的空間內獲得八倍的通道數。

仔細想想，XPO 的設計理念似乎很符合直覺，就像許多優秀的工程設計理念在事后看來那樣。

XPO模塊將支持多種前面板光纖連接器：

Bechtolsheim指出，XPO的優勢在于它支持任何光學標準、任何光學技術、任何類型的驅動器、重定時器或齒輪箱、任何光纖連接器以及任何類型的電纜，并且無需轉向CPO即可提高密度。經濟效益或許會更好，但不要過早下結論。

另一個好處是，采用液冷技術的XPO組件在12.8 Tb/s ZR模塊（其原理圖和熱圖如下所示）中，溫度比風冷的1.6 Tb/s OSFP-ZR模塊低20到25攝氏度。（在相同的1.6 Tb/s帶寬下，XPO模塊的溫度大約低45攝氏度，而OSFP模塊的溫度則在65到70攝氏度之間。）

更低的溫度意味著現場故障會減少——具體減少多少還有待觀察。但這對于人工智能超級計算機來說意義重大，因為任何故障都會導致訓練運行完全停止，必須回滾到之前的檢查點并重新開始。對于GPU和XPU來說，時間就是金錢，而且是巨大的金錢。

在即將推出的采用 XPO 模塊的交換機設計中，XPO 模塊的電源將直接從 50 伏母線取用，而無需像使用 OSFP 模塊的交換機那樣通過主板電壓轉換器。這是一種更高效的電源分配方式。

總而言之，使用 XPU 模塊的交換機機架可以將 6.5 Pb/秒的總吞吐量塞進 Open Compute Project 的 Open Rack v3 交換機機架中，其外觀如下：

但真正讓AI數據中心建設者對XPO模塊感興趣的，是以下這筆經濟效益：由于網絡機架密度的提高，他們可以將數據中心的規模縮減一半。這種改變是巨大的。

假設您需要一排基于以太網的計算和網絡設備，將 512 個 XPU 連接在一起，并且您希望使用配備頂級 1.6 Tb/s OSFP 端口的交換機。每個機架將有 128 個計算引擎，需要四個機架用于計算，但網絡設備需要八個機架。如果改用 XPO，您仍然需要四個機架的 XPU，但只需要兩個機架的交換機。因此，在相同的計算和互連條件下，原本需要十二個機架的設備減少到六個機架。交換機機架的溫度會更高，但數量更少，功耗基本持平。XPU 和交換機之間的電纜長度也更短，這意味著減少了光纖的使用，從而降低了成本。在一個 1 吉瓦的數據中心里，這些看似微小的優勢會累積起來，就像減少混凝土用量和建造更小的機房一樣，都能為相同的計算和網絡容量節省成本。

那么，XPO究竟在多大程度上取代了CPO？貝希托爾斯海姆的回答和他多年來的回答如出一轍。

“我們已經向客戶和公眾聲明過，我們對任何技術都沒有絕對的執念，”貝Bechtolsheim表示。“這一點大家都能理解。我們唯一堅持的是能夠大規模交付產品。所有參與XPO項目的人員都是自掏腰包完成工作的，他們都希望擁有自己開發的成果，而且他們都會繼續參與其中。這項工作是由一個大型終端客戶推動的，但我認為所有人都認真審視過這個項目，并得出結論：這是實現更高密度水平的途徑。”

超過 20 家不同的供應商將生產 XPO 模塊，預計將于 2027 年實現批量生產。

https://www.nextplatform.com/connect/2026/04/17/bechtolsheim-friends-breathe-life-into-pluggable-optics-one-last-time/5218123

（來源：編譯自nextplatform）

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