一文了解硅光NPO+液冷交换机

随着人工智能、云计算和大数据业务的发展，数据中心逐步转型算力中心，CPU、GPU的持续升级需要更高的数据中心网络传输速率和更大的网络I/O。与此同时，数据中心的规模持续扩大，服务器等IT设备能耗也持续增加。数据中心能效的提升开始受到重视，双碳政策下的数据中心绿色化PUE（能源利用效率）要求降低到1.25以内。

那网络设备厂商该如何助力客户绿色数据中心建设在提升网络传输效率的同时进行降耗增效呢？对网络设备厂商来说，设备中的交换芯片的升级、SerDes及光模块是数据中心功耗的主要来源。就功耗最大的光模块来看，1个10G的光模块工作功耗如果是3W，那么一个48万兆的交换板卡仅光模块的功耗就要达到144W，如果一个插满16块板卡的网络设备，则就要2300W，这相当于同时点23盏100W的灯泡，功耗巨大。

基于下一代芯片、SerDes及光模块技术出发，设备厂商主要可以分为两个阶段实现。第一阶段是NPO（Near Packaged Optics近封装光学）技术阶段，可以在CPO技术生态完备之前，在最短时间内享受到低成本、低功耗的收益。第二阶段是CPO（Co-packaged optics，共封装光学）技术阶段，是硅光技术的最终形态，可以最大程度上降低网络的成本和功耗。

图：数据中心网络可持续发展的技术路线建议

在硅光技术形态上，传统的Pluggable（可插拔）形态是比较常见的方式，光引擎是可插拔的传统光模块或硅光光模块。CPO形态是将交换芯片和光引擎共同装配在同一个Socket（插槽）上，形成芯片和模组的共封装，与之相对的NPO形态是光引擎与交换芯片解耦，装配在同一块PCB基板上。虽然两者都有CPO模组，但封装的位置是不同的，对应的走线距离及功耗也会有些差异。

图：硅光技术形态概览

CPO架构是基于硅光技术实现最高集成度的形态，预期也能获得最优的成本及功耗收益，主要体现在通过共封装的形式，大幅缩短了布线的距离，进而降低了工艺难度及功耗成本。随着带来的是可以实现更高密度的高速端口，提升整机的带宽密度和传输速率。更高的集成度虽然能大幅降低功耗，但会造成是芯片和硅光组件的完全绑定，开放性相对来说弱一些，且当前的相关生态尚未完备，从商业化角度上来看是长期的目标。

图：CPO架构示意图

CPO架构降功耗的核心原理是因为缩短了交换芯片和光引擎间的距离，降低了SerDes的驱动能力，进而降低功耗，中间的走线可以控制在50～70mm左右。

图：CPO降功耗原理图

硅光的另一种实现架构是NPO，基于硅光技术实现最优开放生态，可以获得成本及功耗的最快收益。首先通过开放的光引擎接口，与ASIC(交换芯片)共同装配在同一块PCB基板上，以标准化架构的方式实现了光引擎和芯片的解耦。在收益方面虽然不如CPO架构对功耗和成本降低的明显，但在开放性层面是有所提升的，可以灵活对ASIC及硅光模组进行选型。

图：NPO架构示意图

在2021 OCP峰会上锐捷正式发布了全球第一款支持冷板散热系统的NPO交换机，满足绿色数据中心网络降耗及网络性能需求。

锐捷25.6T 硅光NPO冷板式液冷交换机是一款用于绿色数据中心，使用NPO技术设计的全新产品。产品采用基于OIF（Optical Internetworking Forum

））标准的1.6T硅光模组，通过近封装技术大幅缩短信号链路长度，进而降低整机功耗。同时该产品采用SN-MT连接器，在1RU的空间内，实现了64口400G的超高密度端口设计。此外，该交换机采用全新冷板式液冷冷却系统和独创的光纤互联系统，来满足核心区域高热流密度的散热需求，解决了NPO硅光交换机内部大量光纤理线的难题，确保系统的稳定可靠和制造可行性。

2022年，锐捷与OIF国际组织合作研发的一款概念设备，锐捷51.2T硅光NPO冷板式硅光交换机在1RU的空间内，实现了64口800G的超高密度端口设计。51.2T交换机升级了外置激光源的设计方案，避免了大功率激光对人眼造成伤害的风险。同时，采用独立迷你交换板设计，大幅降低了高速率PCB的成本，也更易于维护。

于此，基于硅光NPO模块推出的冷板液冷交换机，因为省掉设备和电源的风扇以进一步降耗降本，锐捷硅光NPO+液冷技术研发的交换机，一定程度上可以帮助客户低PUE绿色数据中心建设，共筑绿色未来。

图：拼接式冷板方案示意图

补充

为什么说硅光子技术前景乐观，什么是硅光技术，有哪些优势，应用领域是什么，以及现在面临哪些问题？

硅光子技术是一种光通信技术，使用激光束代替电子半导体信号传输数据，是基于硅和硅基衬底材料，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。最大的优势在于拥有相当高的传输速率，可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高，功率效率也非常高，因此被认为是新一代半导体技术。

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