直播回顾（下） | 智算中心的隐形王牌光模块，您选对了吗？

近日，益企研究院携手CDCC进行了主题为“深度拆解光模块技术核心和选型避坑”的直播，CDCC专家技术组委员、中国移动通信集团设计院有限公司咨询设计总监封铎、Aginode安捷诺亚太及中东地区产品总监王君原、新华三集团数据中心交换机架构师覃耿、福禄克业务发展经理李淑洁参与了此次直播。各位专家围绕光模块技术的现状、技术迭代、路线之争、落地选型、应用态势、未来趋势等话题展开了深入的交流，本文为此次直播中的相关精彩观点整理。

由于内容较多，分为两期刊登。本部分内容为第二期。

要了解此次直播全貌，请访问益企研究院视频号，点击8月20日直播回放，即可观看。

话题6：光模块选择液冷，还是风冷？

封铎：光模块在数据中心属于易损件，我们从实际项目出发，当然要选择耐久性较好的品类。据统计，光模块约 90% 的故障是由激光器引起的。原因在于：当前大带宽、高速率光模块的发热量已经相当可观（400G 光模块已经达到十几瓦），密闭空间内的散热是有极限的；温度一旦上升，激光器寿命就会受到影响。

这自然会引出光模块选用风冷还是液冷的问题。风冷散热的极限已经显现，如果速率再上升，比如说到3.2T，那么也许就只能采用液冷。采用液冷，对于延长光模块寿命确实有明显的好处。

只是工程上仍然会面临几个现实问题需要克服，比如说光模块安装非常分散，无法像GPU/CPU/ 内存那样单独配冷板；此外，为每个光模块单独供液冷会显著增加漏液风险。

因此，虽然液冷是必然方向，但是目前我们对液冷光模块持有谨慎乐观的态度。

覃耿：根据新华三的测试数据，1.6T 液冷光模块，其单模块功耗可以做到约 32W。未来 3.2T 甚至 1.6T的 ZR（极长距离）模块，功耗可能会高达 40~45W；如果 3.2T 光模块采用 ZR 路线，那甚至可能飙到 60W。在这一瓦数区间下，风冷就已经无法解决散热需求，液冷就是必选项。

话题7：高速光模块端面，清洁需求如何应对？

李淑洁：从相关规范的角度来说，模块端面清洁度，本质上由 "速率 — 反射敏感度 — 清洁度"三者构成强关联。速率越高，对反射 / 回波损耗的要求越严，端面清洁度的标准也随之提升 。

例如反射指标要求到 -45dB 甚至更高时，灰尘的影响就必须更严格地控制；反过来，速率较低、反射敏感度不高时，规范对端面轻微污染的容忍度也会放宽。

在日常安装或者运维环节，更关键的是养成如下几个工作习惯：

第一，启用光模块前先用显微镜检查端面是否干净，尤其是 MPO 这类 8 芯 / 12 芯 / 更多芯的接口，盲目用清洁笔捅一下反而可能把灰尘进一步带到端面，造成二次污染。国际标准当前也明确强调，先观察，确认需要时再清洁；清洁后，必须复核已清洁再使用。流程上看起来复杂，实际每个动作也就几秒钟即可完成。

第二，防尘盖一定要盖好。在数据中心的现场，经常可以看到防尘盖被随意扔着，这非常不合适。它对链路质量的影响非常大。其原因就是单模纤芯直径只有约 9微米，要知道头发丝直径是几十微米的量级，因此任何一点灰尘都可能挡住端面，引入反射、提高误码率。

因此，前面提及的光模块易损这个话题，其实是有关联的。光纤链路的故障、误码率升高，表面看是链路问题，根因上很多都落到激光器：要么是发热量高导致激光器寿命缩短，要么是反射强、灰尘污染造成激光器损伤。这也是光模块易损的核心机理。

封铎：智算大带宽光模块/连接主要部署在后端网络，即RoCE网络，它对通信传输的要求极高。在实际工程中，曾经遇到过一个典型案例。由于项目赶工，操作团队对端面防尘重视度不足，防尘措施不到位，现场环境也不够理想，这导致项目上线之后很快暴露了问题：初期出现大量链路不通、速率偏低、误码率偏高等问题，在处理完一批后仍会偶发故障，再经过一段时间的维护之后才逐步稳定。

简单复盘之后发现，偶发故障的根本原因是端面清洁不到位，留有微米级颗粒残留，而在通信过程中光器件发热之后，残留微颗粒在热激发下被扰动、挡住端面，这就形成了 "清洁不彻底 → 后续通信异常" 的机理。

这类问题事前其实能预见到，但以当前的建设节奏，确实很难完全避免。

李淑洁：的确，在数据中心投运的最初阶段，往往是误码率最高发的时期。原因主要来自施工期的灰尘污染，毕竟现场的安装工人没有充裕时间对每个环节都仔细检查，开通前就容易积累下大量隐患。

以最近服务的某数据中心为例，该数据中心已完成超节点设备装机，但是相邻机房仍在施工，外部环境非常糟糕，灰尘极大，即便外部有帘子做隔离，仍然有很大的灰尘量。众所周知，在智算领域，工期普遍要求紧张，很多项目甚至在机房尚不具备完整条件时，机器就已经进场并开始布线，这种情况下，线缆端头被污染的概率就非常大。

将投运初期的这一波误码率问题，集中处理掉之后，后续只会有零散问题。

同时，机房环境在使用一段时间后会明显优于初装期，污染概率也会随之下降。

王君原：在数据中心的现场，其实还有一类比较冷门但很典型的情况。一般来说，端面清洁的专业做法是用清洁笔插入的方式进行清洁。但在现场，很多工人会采用更简单的方式，好一点的方式是用酒精，更多人是用纯水或其它溶剂就进行擦拭。

即便使用酒精擦拭端面，插拔一段时间后也可能引起细微的衰减变化，其原因在于，用酒精擦拭后，端面连接处会残留微量水汽，而水汽挥发后会留下极小的间隙，这个间隙就会引入额外衰减。

此外，现场除了灰尘，还有很多类似的细微问题。在400G/800G 敏感传输场景下，很多问题正陆续暴露，而这些问题在 100G 时代根本不会遇到的。

另外还有一点就是，光模块在运行中会释放热量，导致模块温度升高，在温度上升后，激光器的发射波长会发生轻微偏移，这种波长漂移也会对传输性能产生影响。

话题8：光模块的颜色，有什么玄机？

王君原：APC 这个话题在 400G 之前其实不存在。因为此前，单模 MPO 默认就是 APC，多模 MPO 默认就是 PC；以颜色来区分就是，单模光模块为绿色、多模光模块为水蓝色，这是约定俗成的事情。

在速率达到 400G 以上、特别是800G 之后，多模 APC 光模块产品逐渐出现。以前的布线标准对端面只提 PC 和 APC 两类，背景是"单模 APC、多模 PC" 这种默认组合，业界并不需要做强区分。但 400G 以后单模保持 APC，多模这边则分化为 PC / APC 两派共存。

在两年前的ISO国际会议上，我们就提出：400G 以上多模布 MPO 必须考虑APC。

但随之而来的问题是，如何进行区分？

早期业界仍然按 "单 / 多模"进行区分：比如 OM3 用水绿色缆、OM4 国内也普遍用水绿色，MPO 头沿用蓝色，用颜色来进行区分单模/多模。

从目前的趋势看，业界正在形成新的共识：用绿色来统一标识 APC（即 "端面类型" 和"单 / 多模" 两套颜色规则合并）。这一做法目前在标准上尚未明确定义，但趋同化的方向是清晰的。

我个人在几次 ISO 标准会期间也提出，ISO 应当和连接器厂商一起，将此前未定义的事项在标准中补齐。对于光模块来说，未来可能的形态会这样：即使是一根多模 MPO 跳线，外皮仍可能为 OM3 水绿色或 OM4 玫红色，但端面是绿色的。即接以颜色标识它是 APC。

个人认为，这一做法会在近期逐步被更多厂商接受。

封铎：同意以颜色进行区分，否则会增加实施现场的复杂度。颜色一旦统一，那么就能够进行直观判断，降低风险。

话题9：选用单模、多模光纤的距离分界线在哪里？

封铎：从工程角度讲，单模、多模光纤的应用距离，其实并没有一条严格的界限。

以常见光模块距离规格为例：FR4 是2km、LR4 是 10km，SR8 / SR4 采用多模 OM4 大致为 100m。但需要特别强调的是，距离并不是固定不变的，用了 2km 的光模块，并不代表工程上一定能传 2km。

它取决于两个变量，整条链路的光纤质量和链路中间成端、对接的次数。

比如说，光模块标称 2km，但中间只要经过一次 ODF 成端（增加一次成端损耗 + 一次对接损耗），链路实际无法传到 2km。光模块本身有一定富裕度，如果需求不那么精细， 即便经过一次ODF 成端，链路也能够勉强实现 2km传输距离。但这并非常态，常态下能保证 2km 的前提是，一芯到底，不存在中间成端 / 对接。

因此，需要强调的是：使用光模块传长距离时，必须对 "中间对接了多少次" 和 "链路整体质量" 这两个变量有清晰概念。

话题10：NPO，还是CPO，应该如何选择？

封铎：所谓NPO，就是近封装光学（Near Package Optics），顾名思义，把光模块部署到交换芯片的"周边"，缩短电路径，出交换芯片后尽快转成光，以减小 SerDes 距离；所谓CPO，就是共封装光学（Co-Packaged Optics），它更进一步，把光模块与交换芯片直接放在同一PCB基板上。两者都在缩短电路径，但 CPO 走得更彻底。

前段时间的消息，英伟达发布消息说CPO已经实现量产，也有很多设备厂商高度关注CPO。业界对NPO\CPO的认知也在日益加深。

覃耿：如下所示，要讨论光模块，有几个概念需要同步：

• FRO（Fully Retimed Optics，全重定时光模块），即带 DSP 的常规光模块；

• LPO（Linear-drive Pluggable Optics，线性驱动可插拔光模块），即形态与常规光模块一致，但模块内去掉了 DSP，因此叫 "Linear"；

• CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学），这是把光引擎（optical engine）与交换机芯片 die 合封在同一封装内，故称 "Co-Packaged"。

在物理结构上，常规交换芯片旁边直接出电信号、再经光模块转光。CPO 形态下，芯片旁边直接出光，光纤就从这个位置出。这一差异在 112G / 224G 单 SerDes 高速链路上意义重大 ，CPO 内部光引擎与芯片的主 die 之间的距离极短，电连接损耗也极低。

但是业界的未来发展趋势也不见得一定要迈向CPO / NPO。以新华三 1.6T 224G 交换机为例，它采用了 Flyover Cable（飞线 / 跨接电缆技术）和纯 PCB 两种方案，并没有采用 CPO。原因在于，近两年 PCB 叠层与板材有显著进步，Megtron 8 / Megtron 9 这类高速板材已能承载 224G的速率。尽管承载 448G 确实存在挑战，但我相信未来会有解决办法。

整体而言，CPO / NPO 与可插拔光模块的 1.6T / 3.2T 路线是并行关系，不是替代关系。两类形态面对的客户诉求并不相同。

• 对于机房小、机柜短的客户（典型如日本客户），他们倾向选 CPO / NPO 这类高密、直接出光的方案；

• 对于国内客户，机柜深度可以采用 900mm、860mm的方案，那么对可插拔光模块的诉求更强。

此外，可维修性也是重要的分水岭。采用CPO方案时，如果光引擎损坏，意味着需要更换整芯片 / 整交换机，部分客户无法接受。在NPO 方案，OIF 早期定义的是焊接形态（直接焊到PCB板上），后来改成了 socket 形态（可插拔可更换）。但即便 socket 形式，在灰尘较大的现场也无法当场更换，需要返无尘间处理。因此，如果客户不接受这种模式，就只能选可插拔光模块。

因此，高速高带宽的路径非常多，未来 NPO、CPO 与传统可插拔方式，将会是齐头并进的几条路线：

• 虽然可插拔光模块在 448G / 单模块 3.2T 上仍存在不少困难，但行业都希望继续推进；

• NPO 可能在超节点场景找到用武之地；

• CPO 则更适合超节点内部、与 GPU直连这种相对固定的场景。

另有一个新技术 ——XPO（eXtra-dense Pluggable Optics，超高密度可插拔光模块）也受到了关注，它具备 12.8T 封装，体积约为当前 1.6T 的一倍，带宽是 1.6T 的八倍，未来也可能有自己的市场。

封铎：我最早关注 NPO 和 CPO，是从两个角度切入的。

第一个角度是节能。NPO/CPO 缩短了电信号的传输距离 —— 电信号虽然在PCB上传输距离很短，但在 112G/224G 这种高速率下发热量并不低，所以最初业界讨论 NPO/CPO 的起点之一就是节能。

第二个角度是 SerDes 高速传输在PCB 主板上的挑战。从 56G 到 112G 到 224G，后续 448G 也在研发进程中，PCB 上的高速同步传输对距离极为敏感，毕竟差分信号在长距离上干扰很大，需要解决和克服的困难非常多。从这个角度讲，引入 NPO/CPO 是有真实技术诉求的。

但在实际工程中，我从最初全心拥抱新技术，后来逐步把关注点放到了落地性上。毕竟，我一直认为，维护上的问题往往会决定一项技术能否真正铺展开来。

举一个简单的例子，易损件的特性决定了它的工程形态，比如说风扇、硬盘、电源模块（电源一般与风扇合在一起）、光模块等，这些部件都是现场可带电插拔的，因为它们就是易损件。易损件的核心要求是，损坏时能快速更换，且不影响整体组网。

反观 NPO/CPO 形态的光模块产品，一旦光引擎损坏，要么整机替换，要么返无尘车间维修。这已经不是 "现场级" 问题了，而是返厂级问题。对工程化运维来说，这会极大阻碍它的大面积铺开应用。

这一点是我目前对 NPO/CPO 的核心顾虑，如果易用性、易维护性问题解决不好，那么其前景就值得谨慎怀疑。我不否认技术先进性，也不否认它在某些场景下的适用性，但如果做不到易用性、易维护性，前景会受限。

以 AOC（Active Optical Cable，有源光缆）来做一个类比。在早年间，英伟达交换机大量使用 AOC，但国内实际使用极少。原因就是它把两端光模块和定长缆锁死，部署中如果出现损伤，必须整根（含两端光模块）更换，定长规格、维修周期都是工程上难以接受的。

覃耿：现在， CPO 在可维护性上已经做了一定优化。其中关键的一点是，在硅光 CPO 方案中，光源（激光器）不在封装内部，封装内只保留 driver（Laser Driver IC，激光器驱动芯片）/ TIA（Transimpedance Amplifier，跨阻放大器）这类电芯片、电器件；光源从外部拉入，形态和可插拔光模块里的激光器基本一致。

这意味着 CPO 方案里最易损坏的激光器是 "可插拔的"，因此这表明CPO 整体的易损程度和可插拔光模块其实是两个量级。光模块故障大多数来自激光器，但激光器外置之后，CPO 内部剩下的都是 CMOS / 电工艺器件，本身不易损。

不过，采用VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔面发射激光器）方案的CPO，它采用的依然是内置光源，该方案功耗更低，但是缺点在于如果它损坏了，影响面会更大。

王君原：CPO 集成性与可插拔性，归根到底是同一个话题，即产品演进与现场施工 / 后期运维之间，始终是矛盾的。一般来说，技术越先进、越复杂，对运维、安装、测试的要求也越高。

几年前第一次接触CPO 概念时，第一反应并不是 "它技术多先进"，而是 "坏了，怎么换"。

拿早期的产品来做类比，大家就能更好的理解我的担忧。LC（Lucent Connector，朗讯连接器）是 2 芯（一收一发），MPO（Multi-fiber Push On，多芯推入式光纤连接器）则是 4 芯 / 8 芯 / 12 芯等多芯形态。在早期的布线行业，几乎所有厂商都能做 LC，但不是所有厂商都能做好 MPO，其核心差异就在集成度。MPO 一磨就是 12 芯，与 LC 一磨 2 芯的工艺难度完全不同。

从概率角度讲，即便假设 LC 和MPO 的 "单芯合格率" 相同，那么LC 坏一芯，影响的只是一根光纤；但在 MPO 方案中，MPO 头整体不合格率可能直接飙到 10%–20%，集成度越高，缺陷被放大的影响面就越大。

CPO 也是如此，它在技术上（散热、功耗）确实先进，但现场环境往往不允许这么精细的操作。MPO 线缆到现场必须测试，这是很多人都知道的规则。但如果现场真的部署了一万根 MPO 缆，需要做逐根现场测试，能做到的客户有多少？

同样的道理，CPO 这种精密设备到了现场之后，要保证它完全不受灰尘、衰减的影响，这是极小概率。

李淑洁：从我接触到的数据中心现场看，施工其实非常粗犷，基本上不可能做到要求的无尘环境，测试这一步很可能是被直接跳过的。

这和一线执行人员的技术理解有关。真正到现场去做操作的人，对相关技术细节往往并不了解 ，在数据中心现场经常可以看到光纤 / 光模块的防尘帽被拔开后随手一扔，污染非常严重，前期施工阶段链路污染问题是普遍存在的。

如前面所提到的，对于高速率设备而言，这种前期污染带来的问题，会在开通时集中爆发。

封铎: 一项技术，无论它是否先进，它的易用性和适用性才是最重要的，决定它成败的一个最重要的点。

李淑洁 ：不管是光模块，还是光条线，使用之前用显微镜查看端面是否清洁干净。这只要花费一秒钟，但是运维的麻烦会减少90%。高速链路中，尤其如此。

王君原: 光模块与布线齐头并进。光模块在实现更高速率，企业同样需要性能更好、等级更高、传输更稳定的布线作为保障

覃耿：中国的光模块一定会更高、更快、更强，即更高的密度、更快的速率，中国的光模块产业也会更强。