作者：墨染尘香

随着互联网技术的发展
，数据中心逐步转型为“算力中心”。人为智能、机械进建等高算力利用发展迅猛
，无人驾驶汽车、大数据推流、兴致电商等多样化业务层出不穷。而作为基础架构支持人为智能、机械进建这类利用的GPU（Graphics Processing Unit
，图形处置器）推算集群
，相迸宗CPU（central processing unit
，中央处置器）通用推算集群对网络传输提出了更高要求
，这就是我们常说的“业务驱动网络迭代”的演进模式。在该模式下
，网络迭代在GPU高机能场景先行
，满足塔尖业务需要
；再逐步赋能到通用场景
，充分阐扬技术价值盈利。

图1：数据中心网络架构示意图

除了来自业务的直接压力
，数据中心其他设施为了满足职能需要而进行的升级
，也在无形中“驱逐”着网络设备的迭代。如搭载下一代H100的GPU服务器
，对网络的接入带宽已上升到400G的要求
；下一代CX7的智能网卡
，也要求网络接入互换机支持PAM4-112G SerDes（串行/解穿串行器）。

在业务和硬件改革的双沉驱动下
，数据中心网络架构升级势在必行。而要想顺利实现迭代
，互换芯片、SerDes和光？槿霾忝娴募际醣匾萁
，缺一不成。不难设想
，这条技术演进之路将会故障沉沉
，其中功耗问题尤其难解。

图2:驱动数据中心网络迭代升级的成分及功耗挑战

先从决定互换机机能的互换机芯片来看
，随着互换机芯片的升级
，单Bit（比特）的功耗随之降低
，但由于互换带宽提升
，互换机芯片总功耗在数据中心的占比逐年增长。除互换芯片表
，SerDes和光？橐彩枪脑龀さ闹匾。据数据统计
， 2022年单互换机的总体功耗是2010年单互换机功耗的22倍
，其中互换芯片SerDes功耗增长25倍
，光？榈墓脑龀26倍。

图3：2020 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. Cisco Public

聚焦光？榈难萁纯
，2007年万兆的光？楣挠子1W
，但随着40G、100G到此刻的400G
，800G甚至未来1.6T光？
，功耗提升的比例越来越大
，甚至将近靠近30W
，若是是满载1.6T光？榈幕セ换
，功耗将不成设想。

因而
，传统可插拔光？榈募际跹萁岩灾С质葜行牡目沙中⒄
，重要体此刻以下四个方面：

图4：传统可插拔光？榧际醴⒄沟钠烤

首先是SI（电传输）的实现遇到了资料的瓶颈
，基于PCB（Printed Circuit Board印造电路板）传输高速电信号
，在利用传统可插拔光？槭
，信号传输距离长
，传输损失大
，对SI实现挑战大
，更低损耗的可量产PCB资料也面对诸多技术难题。其次是功耗问题
，满载1.6T？榈纳璞
，整机功耗巨大
，对散热设计蕴含机柜供电的挑战巨大。随功耗的提升
，整机的设备成本蕴含风火水电的周边配套执行成本也相应增长
，会增大网络建设初期的投入。最后是产品设计的问题
，使用传统可插拔光？榈南低
，支持128个端口必要极度复杂的系统设计
，还必要解决诸如高功率光？樯⑷鹊燃际跷侍
，推高了系统成本。

综上
，从互换芯片、SerDes及光？榧际踉谑葜行耐缂芄沟杏龅降墓奈侍馄舫
，iSlot官方网站网络以建设下一代绿色节能可持续发展的数据中心为指标
，基于客户业务场景和产品实际
，给出了数据中心网络可持续发展的创新解法及技术路线建议
，具体分三层：

底层是架构升级
，基于下一代芯片、SerDes及光？榧际跏迪滞缂芄股兜ヂ闳宋悄堋⒒到ǖ抛τ枚源沓中龃蟮男枰。在架构升级基础上
，从网络设备启程
，尝试解决当前SerDes及光？榈墓哪烟。但问题并不是只在这一代才产生
，未来的每一代网络架构城市面对一样的问题
，因而必要面向未来
，索求出一条数据中心网络低成本、低功耗的可持续发展路线。

图5：下一代绿色节能可持续发展数据中心的建设指标

具体这条可持续发展的技术路线
，能够从互换机硅光技术发展的两个阶段实现。第一阶段是NPO（Near packaged optics近封装光学）技术阶段
，能够在CPO（Co-packaged optics
，共封装光学）生态完整之前
，在短功夫内享受到低成本、低功耗的收益。第二阶段是CPO技术阶段
，这是互换机硅光技术的最终状态
，能够极限降低网络的成本和功耗。

图6：数据中心网络可持续发展技术路线建议

光引擎承载了互换网络的光电转换职能
，常见的是Pluggable（可插拔）状态
，随着技术的演进
，又产生了新的产品状态。CPO状态是将互换芯片和光引擎共同装配在统一个Socketed（插槽）上
，形成芯片和模组的共封装。NPO状态则是光引擎与互换芯片解耦
，装配在统一块系统主版上。固然两者都有光电模组
，但封装的地位是分歧的
，对应的走线距离也会有些差距
，相应功耗也分歧。

图7：硅光技术状态概览

CPO架构是基于硅光技术实现高集成度的状态
，预期也能获得更优的成本及功耗收益。CPO架构降功耗的主题道理是通过共封装大局大幅缩短互换芯片和光引擎间的布线距离（走线可节造在50～70mm左右）
，进而降低SerDes的驱动功耗成本
，同时可实现更高密度的高速端口
，提升整机的带宽密度
，实现大幅降低功耗。长远来看
，由于芯片和硅光组件的共封装的更高集成及硅光技术生态的不完整
，从贸易化角度上来看盛开性是持久的指标。

图8：CPO架构示意图

图9：CPO道理图

互换机的另一种实现架构是NPO
，基于硅光技术的高集成度和盛开的生态
，能够获得成本及功耗的收益。NPO的技术道理是通过盛开的光引擎接口
，与互换芯片共同组装在统一块主板
，以尺度化架构的方式实现了光引擎和芯片的解耦
，能够矫捷对互换芯片和NPO？榻醒⌒。NPO在收益方面固然不如CPO架构对功耗和成本降低的显著
，但在盛开性层面是有所提升的。随着NPO产业链的日益成熟
，预计到24年会有商用的CPO模组。iSlot官方网站网络作为OIF（光互联网OIF论坛）成员之一
，也在NPO互换机方向持续进行索求与实际。

图10：NPO架构示意图

2021年11月
，iSlot官方网站网络应邀参与全球OCP峰会。在峰会现场
，iSlot官方网站网络正式颁布了25.6T硅光NPO冷板式液冷互换机
，满够数据中心和运营商网络的高靠得住性的要求。

图11：iSlot官方网站网络25.6T硅光NPO冷板式液冷互换机

iSlot官方网站网络25.6T硅光NPO冷板式液冷互换机
，基于新的112G Serdes互换芯片
，选取64个衔接器
，在1RU的空间内
，实现了64口400G的超高密度端口设计
；由16个1.6T（4×400G DR4）的NPO？樽槌
，支持8个ELS/RLS（表置激光源？椋
，PCB上ASIC到光？椴枷呔嗬胨醵60%-70%
，高速信号质量大幅改善。整机选取x86 CPU
，3+1的电扇？
，1+1 电源？槿哂
，主题区域选取冷板散热
，使用非导电冷却液
，预防漏液短路风险
，能很好为数据中心网络可持续发展提供支持。

图12：iSlot官方网站网络25.6T硅光NPO冷板式液冷互换机

2022年
，iSlot官方网站网络在OFC2022新颁布的51.2T硅光NPO冷板式液冷互换机
，是基于51.2T互换机芯片的800G NPO结构原型机。同样是1RU的高度
，51.2T 互换机将NPO模组从1.6T升级到了3.2T
，前面板支持64个800G衔接器
，每个衔接器还能够分成2个400G端口
，实现向前兼容。表置光源？樵龀さ搅16个
，由于选取了Blind-mate设计
，预防了高功率激光对人眼的中伤
，显著改善了运维人员的安全。散热方面
，互换机芯片和NPO？橥С掷浒謇淙捶绞
，实现高效散热
，解决热流密度高度集中的难题
，对比同机能、传统可插拔光？+风冷规划的互换机
，功耗大幅降低。

图13：iSlot官方网站网络51.2T硅光NPO冷板式液冷互换机

NPO互换机的利用场景极度宽泛
，iSlot官方网站网络研发的51.2T的NPO互换机能够利用于下一代超大规模400G网络
，作为Leaf&Spine设备实现高速骨干互联
，我们在2023年底能够实现贸易化颁布
，援手客户在短功夫内享受功耗和成本降低的价值盈利。

图14：基于NPO互换机的下一代网络架构设计

iSlot官方网站网络此刻已经走向国际
，定期参加硅光有关工作组全球会议
，力争为全球的技术进取贡献一份力量。未来
，iSlot官方网站网络会在硅光方向上持续践行这条可持续发展之路
，研发出更多产品援手客户实现绿色节能。

图15：OIF工作组全球会议现场