一位芯片老兵，要取代CPO

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Andy Bechtolsheim是Unix系统制造商Sun Microsystems的传奇联合创始人，之后又创办了多家网络初创公司。他对共封装光器件（CPO）并不反对。当然，唯一的问题是，迄今为止，CPO模块还无法实现量产。

毫无疑问，共封装光模块（CPO）即将应用于数据中心，尤其是在人工智能行业巨头英伟达（Nvidia）在其Quantum X800 InfiniBand和Spectrum X800以太网交换机上采用CPO链路之后——这两款交换机于2024年6月发布预览，2025年3月正式上市，并于2025年12月开始出货。英伟达还在今年3月的GTC大会上告知客户，随着未来“Feynman”GPU将于2028年问世，其机架级系统核心的NVSwitch 8相干内存扩展网络也将迁移到CPO。这强烈暗示Feynman GPU以及英伟达与之搭配的下一代Arm服务器CPU（目前尚未公布代号）也将配备CPO端口。

为了解决制造工艺问题，在今年的GTC大会之前，英伟达分别向Lumentum和Coherent注资20亿美元，这两家公司主要生产驱动CPO端口的激光器。英伟达还与这两家公司签署了数十亿美元、为期多年的供货协议。3月晚些时候，英伟达又与Marvell签署了一项类似的20亿美元协议，旨在为定制加速器添加NVLink Fusion端口。但我们认为，Marvell在2025年12月以25亿美元收购Celestial AI时获得的CPO技术，也可能包含在这项协议中。

与此同时，人工智能数据中心需要更高的网络密度，因此需要比过去二十年来主导数据中心的SFP、QSFP和OSFP可插拔模块密度更高的光模块。更具体地说，它们需要比OSFP可插拔模块更高的密度。OSFP可插拔模块最初由Arista Networks于2016年提出。Arista Networks是一家新兴公司，在数据中心网络领域挑战思科系统（Bechtolsheim是该公司联合创始人兼首席开发官）。大约一年后，谷歌和业界采纳了该标准，并推出了速度高达400 Gb/s的可插拔模块。这些模块已成为历史上最流行的可插拔光模块。

问题在于，OSFP 模块对于现代人工智能系统所需的基数来说太大了，尤其是在需要使用以太网进行纵向扩展和横向扩展的情况下。这时，超密集可插拔光模块（XPO）多源协议就派上了用场。该标准由 Arista Networks、微软、Marvell、博通和 Ciena 等公司发起，目前已获得超过一百家公司的支持。谷歌并不在支持名单之列，这可能意味着谷歌会在 XPO 模块预计大规模上市的同一时期，尝试从 OSFP 可插拔模块过渡到某种片上 CPO 技术。

XPO模块的巧妙之处在于，它在与OSFP模块相同的空间内提供了更高的带宽，这意味着交换机的前面板可以输出更多的数据流，从而提供更大的带宽。然而，由于物理定律的限制，XPO模块必然会带来更高的热密度，因此需要通过冷板和液冷来散热。但在GPU和XPU需要以越来越大的规模进行纵向和横向扩展，并且液冷已成为机架级系统标配的今天，这只是一个微不足道的问题。目前，没有其他方法能够使组件彼此更紧密地连接，从而降低延迟并提升性能。

据Bechtolsheim称，目前使用1.6 Tb/s的OSFP模块，可以在1U以太网交换机的前面板提供32个端口，总吞吐量为51.2 Tb/s。OSFP模块的功耗在30瓦到40瓦之间，即使加装散热板，也无法真正提升散热能力或增加交换机前面板端口密度。这意味着，如果您拥有204.8 Tb/s的交换机ASIC芯片（信不信由你，我们很快就会拥有），则需要4U的机箱空间才能容纳128个以1.6 Tb/s速率运行的OSFP模块。

XPO模块在两个OSFP模块所占的空间内集成了64个运行速度为200 Gb/秒的通道，通道密度提高了四倍。XPO模块使带宽提高了八倍，散热能力提高了十倍，达到400瓦。

以下是XPO模块的分解图：

Bechtolsheim说，这里巧妙地利用了几何原理，使得芯片板（电路的小型主板）能够正好安装在两个 OSFP 模块相同的空间内。因此，芯片和芯片板的设计无需更改。将两个芯片板并排放置，然后将两对芯片板首尾相接堆叠，就能在两倍的空间内获得八倍的通道数。

仔细想想，XPO 的设计理念似乎很符合直觉，就像许多优秀的工程设计理念在事后看来那样。

XPO模块将支持多种前面板光纤连接器：

Bechtolsheim指出，XPO的优势在于它支持任何光学标准、任何光学技术、任何类型的驱动器、重定时器或齿轮箱、任何光纤连接器以及任何类型的电缆，并且无需转向CPO即可提高密度。经济效益或许会更好，但不要过早下结论。

另一个好处是，采用液冷技术的XPO组件在12.8 Tb/s ZR模块（其原理图和热图如下所示）中，温度比风冷的1.6 Tb/s OSFP-ZR模块低20到25摄氏度。（在相同的1.6 Tb/s带宽下，XPO模块的温度大约低45摄氏度，而OSFP模块的温度则在65到70摄氏度之间。）

更低的温度意味着现场故障会减少——具体减少多少还有待观察。但这对于人工智能超级计算机来说意义重大，因为任何故障都会导致训练运行完全停止，必须回滚到之前的检查点并重新开始。对于GPU和XPU来说，时间就是金钱，而且是巨大的金钱。

在即将推出的采用 XPO 模块的交换机设计中，XPO 模块的电源将直接从 50 伏母线取用，而无需像使用 OSFP 模块的交换机那样通过主板电压转换器。这是一种更高效的电源分配方式。

总而言之，使用 XPU 模块的交换机机架可以将 6.5 Pb/秒的总吞吐量塞进 Open Compute Project 的 Open Rack v3 交换机机架中，其外观如下：

但真正让AI数据中心建设者对XPO模块感兴趣的，是以下这笔经济效益：由于网络机架密度的提高，他们可以将数据中心的规模缩减一半。这种改变是巨大的。

假设您需要一排基于以太网的计算和网络设备，将 512 个 XPU 连接在一起，并且您希望使用配备顶级 1.6 Tb/s OSFP 端口的交换机。每个机架将有 128 个计算引擎，需要四个机架用于计算，但网络设备需要八个机架。如果改用 XPO，您仍然需要四个机架的 XPU，但只需要两个机架的交换机。因此，在相同的计算和互连条件下，原本需要十二个机架的设备减少到六个机架。交换机机架的温度会更高，但数量更少，功耗基本持平。XPU 和交换机之间的电缆长度也更短，这意味着减少了光纤的使用，从而降低了成本。在一个 1 吉瓦的数据中心里，这些看似微小的优势会累积起来，就像减少混凝土用量和建造更小的机房一样，都能为相同的计算和网络容量节省成本。

那么，XPO究竟在多大程度上取代了CPO？贝希托尔斯海姆的回答和他多年来的回答如出一辙。

“我们已经向客户和公众声明过，我们对任何技术都没有绝对的执念，”贝Bechtolsheim表示。“这一点大家都能理解。我们唯一坚持的是能够大规模交付产品。所有参与XPO项目的人员都是自掏腰包完成工作的，他们都希望拥有自己开发的成果，而且他们都会继续参与其中。这项工作是由一个大型终端客户推动的，但我认为所有人都认真审视过这个项目，并得出结论：这是实现更高密度水平的途径。”

超过 20 家不同的供应商将生产 XPO 模块，预计将于 2027 年实现批量生产。

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

（来源：编译自nextplatform）

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