一文了解硅光NPO+液冷交換機

當功耗成為網絡架構演進中的難題，硅光技術將開拓網絡可持續發展之路。同時，硅光NPO+液冷交換機是助力客戶構建低PUE綠色數據中心算力和存儲網絡的高速通路，銳捷網絡將全力助力數據中心達到綠色低碳目標。

發布時間：2022-09-20
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隨著人工智能、云計算和大數據業務的發展，數據中心逐步轉型算力中心，CPU、GPU的持續升級需要更高的數據中心網絡傳輸速率和更大的網絡I/O。與此同時，數據中心的規模持續擴大，服務器等IT設備能耗也持續增加。數據中心能效的提升開始受到重視，雙碳政策下的數據中心綠色化PUE（能源利用效率）要求降低到1.25以內。

那網絡設備廠商該如何助力客戶綠色數據中心建設在提升網絡傳輸效率的同時進行降耗增效呢？對網絡設備廠商來說，設備中的交換芯片的升級、SerDes及光模塊是數據中心功耗的主要來源。就功耗最大的光模塊來看，1個10G的光模塊工作功耗如果是3W，那么一個48萬兆的交換板卡僅光模塊的功耗就要達到144W，如果一個插滿16塊板卡的網絡設備，則就要2300W，這相當于同時點23盞100W的燈泡，功耗巨大。

基于下一代芯片、SerDes及光模塊技術出發，設備廠商主要可以分為兩個階段實現。第一階段是NPO（Near Packaged Optics近封裝光學）技術階段，可以在CPO技術生態完備之前，在最短時間內享受到低成本、低功耗的收益。第二階段是CPO（Co-packaged optics，共封裝光學）技術階段，是硅光技術的最終形態，可以最大程度上降低網絡的成本和功耗。

圖：數據中心網絡可持續發展的技術路線建議

在硅光技術形態上，傳統的Pluggable（可插拔）形態是比較常見的方式，光引擎是可插拔的傳統光模塊或硅光光模塊。CPO形態是將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個Socket（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝，與之相對的NPO形態是光引擎與交換芯片解耦，裝配在同一塊PCB基板上。雖然兩者都有CPO模組，但封裝的位置是不同的，對應的走線距離及功耗也會有些差異。

圖：硅光技術形態概覽

CPO架構是基于硅光技術實現最高集成度的形態，預期也能獲得最優的成本及功耗收益，主要體現在通過共封裝的形式，大幅縮短了布線的距離，進而降低了工藝難度及功耗成本。隨著帶來的是可以實現更高密度的高速端口，提升整機的帶寬密度和傳輸速率。更高的集成度雖然能大幅降低功耗，但會造成是芯片和硅光組件的完全綁定，開放性相對來說弱一些，且當前的相關生態尚未完備，從商業化角度上來看是長期的目標。

圖：CPO架構示意圖

CPO架構降功耗的核心原理是因為縮短了交換芯片和光引擎間的距離，降低了SerDes的驅動能力，進而降低功耗，中間的走線可以控制在50～70mm左右。

圖：CPO降功耗原理圖

硅光的另一種實現架構是NPO，基于硅光技術實現最優開放生態，可以獲得成本及功耗的最快收益。首先通過開放的光引擎接口，與ASIC(交換芯片)共同裝配在同一塊PCB基板上，以標準化架構的方式實現了光引擎和芯片的解耦。在收益方面雖然不如CPO架構對功耗和成本降低的明顯，但在開放性層面是有所提升的，可以靈活對ASIC及硅光模組進行選型。

圖：NPO架構示意圖

在2021 OCP峰會上銳捷正式發布了全球第一款支持冷板散熱系統的NPO交換機，滿足綠色數據中心網絡降耗及網絡性能需求。

銳捷25.6T 硅光NPO冷板式液冷交換機是一款用于綠色數據中心，使用NPO技術設計的全新產品。產品采用基于OIF（Optical Internetworking Forum

））標準的1.6T硅光模組，通過近封裝技術大幅縮短信號鏈路長度，進而降低整機功耗。同時該產品采用SN-MT連接器，在1RU的空間內，實現了64口400G的超高密度端口設計。此外，該交換機采用全新冷板式液冷冷卻系統和獨創的光纖互聯系統，來滿足核心區域高熱流密度的散熱需求，解決了NPO硅光交換機內部大量光纖理線的難題，確保系統的穩定可靠和制造可行性。

2022年，銳捷與OIF國際組織合作研發的一款概念設備，銳捷51.2T硅光NPO冷板式硅光交換機在1RU的空間內，實現了64口800G的超高密度端口設計。51.2T交換機升級了外置激光源的設計方案，避免了大功率激光對人眼造成傷害的風險。同時，采用獨立迷你交換板設計，大幅降低了高速率PCB的成本，也更易于維護。