logo
Блог
Подробности блога
Дом > Блог >
CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ
События
Свяжитесь с нами
Mr. Vincent
86-135-1094-5163
Свяжитесь сейчас

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

2026-06-23
Latest company blogs about CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Кластеры искусственного интеллекта требуют одновременного масштабирования пропускной способности коммутатора, количества оптических линий, плотности передней панели и мощности системы. По мере увеличения скорости электрических линий соединение между ASIC коммутатора и его оптическими интерфейсами становится все сложнее проектировать. Более длинные каналы печатной платы приводят к большим потерям и часто требуют более сильного выравнивания, изменения синхронизации или цифровой обработки сигнала.

CPO, NPO и XPO решают эту проблему с помощью трех различных стратегий размещения оптического механизма:

  • CPOперемещает оптическое преобразование в среду уровня пакета ASIC коммутатора.

  • НКОразмещает оптические механизмы рядом с ASIC, но оставляет их на главной плате.

  • XPOсохраняет сменный модуль на передней панели, одновременно увеличивая плотность электрических линий и вводя жидкостное охлаждение на уровне модуля.

Их общая цель — уменьшить ограничения, создаваемые высокоскоростной электрической передачей. Однако каждая архитектура по-разному распределяет мощность, тепло, риски упаковки, оптоволоконные соединения и ответственность за обслуживание.

Что такое CPO, NPO и XPO?

CPO размещает оптические модули в среде хост-ASIC на уровне пакета, NPO монтирует их на системной плате рядом с ASIC, а XPO сохраняет подключаемый модуль высокой плотности на передней панели. Основной компромисс заключается в электрическом охвате, интеграции корпуса, тепловом расчете и удобстве обслуживания в полевых условиях.

Структура OIF CEI-448Gопределяет CPO как электрооптическое устройство, установленное на хост-корпусе. Он определяет NPO как устройство, установленное на главной плате рядом с основной микросхемой, чтобы минимизировать следы на печатной плате и требования к электрической сигнализации.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Размещение оптического двигателя CPO, NPO и XPO

Коэффициент сравнения CPO НКО XPO
Оптико-моторное расположение В среде хост-пакета На главной плате рядом с ASIC На передней панели
Граница интеграции Уровень пакета Уровень совета директоров Независимый подключаемый модуль
Относительный электрический путь Самый короткий Средний Самый длинный из трех
Замена поля Самый сложный Зависит от реализации Прямая замена модуля
Основная термическая проблема Тепло сконцентрировано возле ASIC Охлаждение внутренних бортовых двигателей Высокая плотность тепла внутри модуля
Типичное направление охлаждения Проводимость пакета или жидкостное охлаждение Воздушное, кондуктивное или системное охлаждение Интегрированное жидкостное охлаждение
Основная цель Минимизируйте электрическую досягаемость Баланс близости и разлуки Сохранение возможности подключения при более высокой плотности
Основной акцент на производстве Усовершенствованная упаковка и оптическое крепление Интеграция совета директоров и внутреннее согласование Интеграция модулей, питания, охлаждения и разъемов

Такие описания, как «CPO микрометрового масштаба», «NPO сантиметрового масштаба» и «подключаемые модули дециметрового масштаба», могут быть полезны в качестве концептуальных иллюстраций, но они не являются универсальными ограничениями спецификации. Физическое расстояние зависит от корпуса, платы, разъема и конструкции корпуса.

Общая цель: сократить электрический путь

В обычном коммутаторе ASIC расположена на системной плате, а оптические трансиверы установлены на передней панели. Высокоскоростные электрические сигналы должны пройти через переходы корпуса, дорожки печатной платы, переходные отверстия, разъемы и электрический интерфейс модуля, прежде чем произойдет оптическое преобразование.

При более высоких скоростях передачи данных этим каналом становится сложнее управлять. Диэлектрические потери, отражения, перекрестные помехи и неоднородности импеданса уменьшают запас сигнала. Система может компенсировать это за счет более сильного выравнивания передатчика и приемника, восстановления тактового сигнала, изменения синхронизации, прямой коррекции ошибок или модуля DSP с повторной синхронизацией.

Перемещение оптического механизма ближе к ASIC сокращает электрическую часть канала. Тогда большую часть физического расстояния можно будет преодолеть оптически, а не с помощью высокоскоростных трассировок печатных плат.

Три модели размещения оптических двигателей

  • CPO:оптическое преобразование происходит внутри сборки уровня пакета.

  • НПО:оптическое преобразование происходит на главной плате рядом с корпусом.

  • ХПО:оптическое преобразование остается внутри сменного модуля передней панели.

Это решение о размещении влияет на электрические потери системы, распределение мощности, структуру охлаждения, маршрутизацию волокон, производственный процесс и стратегию ремонта.

Почему электрический радиус действия имеет значение в высокоскоростных переключателях

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Как более короткие электрические пути уменьшают нагрузку на формирование сигнала

Электрическая связь между ASIC и оптическим механизмом потребляет часть целостности сигнала, мощности и теплового баланса системы.

По мере роста тарифов передача ПХБ становится все более чувствительной к:

  • Длина трассировки

  • Escape-маршрутизация пакета

  • Диэлектрические потери платы

  • Переходные отверстия и соединители

  • Перекрестные помехи

  • Возвратные потери

  • Возможность эквализации

Более длинный канал обычно требует большей компенсации. Эта компенсация потребляет электроэнергию и выделяет тепло, часто в местах, где поток воздуха и пространство на панели уже ограничены.

Потери в канале печатной платы, коррекция и мощность

Обычный оптический модуль может содержать DSP, который восстанавливает и повторно синхронизирует электрический сигнал перед оптической передачей. Это создает прочную границу модуля, но также увеличивает мощность внутри трансивера.

Более короткий электрический путь может поддерживать другие схемы интерфейса:

  • Линейная оптика, где больше обработки сигнала остается в ASIC хоста

  • Полуперерегулированная оптика, где обновляется только часть интерфейса

  • Полностью переработанная оптика, где модуль обеспечивает полную границу синхронизации

Предпочтительная конструкция зависит от возможностей хоста SerDes, потерь в канале, требований к совместимости, оптической дальности, температурных ограничений и приемлемого риска реализации.

Поэтому актуальный инженерный вопрос заключается не просто в наличии DSP. Это:

Где расположены функции эквализации, пересинхронизации, восстановления тактовой частоты и FEC, и какой электрический канал они должны компенсировать?

Почему более короткие электрические соединения автоматически не создают лучшую систему

Уменьшение электрического охвата улучшает одну часть конструкции, но может усложнить другие.

  • Сконцентрируйте дополнительное тепло вокруг крупнейшего теплового источника системы.

  • Увеличение размера упаковки и сложности подложки

  • Усложнить замену оптических двигателей

  • Сочетание производительности оптического двигателя с производительностью корпуса

  • Увеличение внутренней плотности волокон

  • Требуется более точное выравнивание волокна к чипу

  • Усложненное тестирование на уровне пакета

Таким образом, CPO, NPO и XPO — это разные способы распределения инженерных ограничений, а не их устранения.

Архитектура CPO: оптические механизмы внутри пакета ASIC

Комбинированная оптикапомещает оптические механизмы в среду уровня пакета ASIC коммутатора. Вместо того, чтобы направлять каждую высокоскоростную электрическую линию на переднюю панель, система выполняет оптическое преобразование рядом с ASIC и передает сигналы к панели по оптоволоконному кабелю.

Это наиболее агрессивная из трех архитектур в плане уменьшения электрической досягаемости.

Физическая интеграция с 2.5D и 3D упаковкой

CPO часто ассоциируется с 2,5D и 3D-упаковкой, но эти термины не являются взаимозаменяемыми с CPO.

  • Переключатель ASIC

  • Несколько оптических двигателей

  • Приборы кремниевой фотоники

  • Электрические драйверы и ресиверы

  • Подложки пакетов или промежуточные устройства

  • Структуры крепления волокон

  • Термические распределители или холодные пластины

Оптический механизм не обязательно должен быть изготовлен на том же полупроводниковом кристалле, что и ASIC. Отдельные электронные и фотонные чиплеты могут быть интегрированы в одну сборку на уровне корпуса.

Структура совместной упаковки OIFописывает совместно упакованные сборки, содержащие вставленные или припаянные ASIC и оптические или электрические двигатели на высокопроизводительной подложке. Также обсуждается расположение разъемов рядом с корпусом, предназначенное для повышения гибкости сборки и доработки.

Пропускная способность CPO зависит от реализации

CPO — это архитектура интеграции, а не класс фиксированной пропускной способности.

Соглашение о внедрении совместного модуля OIF 3,2 Тбит/сопределяет строительный блок 3,2 Тбит/с для коммутационных сборок 51,2 Тбит/с. Его оптические варианты включают конфигурации с параллельным волокном и мультиплексированием по длине волны, в то время как та же механическая концепция может также поддерживать пассивный медный соединительный модуль.

Этот модуль 3.2T представляет собой стандартизированную реализацию. Это не означает, что каждый механизм CPO должен работать со скоростью 3,2 Тбит/с или что CPO постоянно ограничен одним диапазоном полосы пропускания.

  • Количество электрических дорожек

  • Скорость передачи данных на полосу

  • Количество оптических длин волн

  • Формат модуляции

  • Разделение двигателя

  • Количество клетчатки

  • Топология пакета

Преимущества мощности и задержки

Основное преимущество мощности CPO заключается в сокращении высокоскоростного электрического соединения между ASIC и оптическим механизмом.

  • Электрические драйверы с высоким поворотом

  • Сильные получают выравнивание

  • Промежуточные ретаймеры

  • Полный модуль DSP обработки

  • Дополнительные этапы FEC

Общая выгода зависит от базовой архитектуры. Энергия, сэкономленная на интерфейсе ASIC-оптика, не должна автоматически представляться как одинаковый процент от общей мощности коммутатора.

  • Переключатель ASIC

  • Оптические модуляторы и приемники

  • Лазерные источники

  • Преобразование напряжения

  • Охлаждающие насосы и вентиляторы

  • Управляющая электроника

  • Аппаратное обеспечение плоскости управления

CPO также может уменьшить задержку интерфейса, удаляя или упрощая этапы повторной синхронизации и обработки сигналов. Не существует универсального показателя задержки CPO, поскольку результат зависит от того, охватывает ли измерение электрический интерфейс, оптический механизм, FEC, полный оптический канал, конвейер коммутатора или сквозную сеть.

Границы работоспособности, доходности и отказов

Традиционные подключаемые модули создают четкие границы обслуживания. Неисправный модуль можно снять с передней панели без замены ASIC переключателя.

CPO меняет эту границу.

Припаянный оптический механизм может быть сложно заменить после сборки корпуса. Таким образом, сбой внутри тесно интегрированного пакета может расширить область замены и увеличить стоимость ремонта.

Это не означает, что каждый оптический сбой требует отказа от ASIC. Работоспособность зависит от того, используются ли в конструкции:

  • Паяные оптические двигатели

  • Разъемные оптические двигатели

  • Сменные внешние лазеры

  • Резервирование каналов

  • Резервирование двигателя

  • Переработка на уровне пакета

  • Деповской ремонт вместо полевого ремонта

Разъемные двигатели могут улучшить производственную переделку, но они остаются менее доступными, чем трансиверы с передней панелью. Поэтому при проектировании необходимо учитывать как первоначальную производительность производства, так и долгосрочную надежность в эксплуатации.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Архитектура пакета CPO с внешним лазерным источником

Внешние лазерные источники как компромисс между температурой и обслуживанием

Лазеры являются чувствительными к температуре компонентами. Их размещение рядом с ASIC высокой мощности может усложнить тепловую схему и снизить доступный запас надежности.

Архитектура внешнего лазера отделяет источник непрерывного лазера от оптического двигателя. Оптическая мощность передается по оптоволокну к модуляторам внутри сборного узла, в то время как лазер остается в более прохладном и доступном месте.

Соглашение о реализации ELSFP OIFопределяетВнешний подключаемый лазер малого форм-факторав качестве заменяемого источника непрерывного света для оптических трансиверов, объединенных в систему. Он использует электрооптическое соединение «вслепую» и предназначен в первую очередь для приложений CPO.

  • Отделение тепловой среды лазера от корпуса ASIC

  • Самостоятельная замена вышедшего из строя источника света

  • Упрощенное лазерное охлаждение

  • Централизованное управление оптической мощностью

  • Возможное повторное использование или модернизация лазерных модулей.

Это также предъявляет требования к распределению оптической мощности, чистоте разъемов, защитным блокировкам, резервированию и мониторингу.

ELSFP — это не другое название XPO. ELSFP обеспечивает внешнее оптическое питание для совместно собранных двигателей, а XPO определяет другую подключаемую оптическую архитектуру.

Архитектура НКО: оптические двигатели рядом с ASIC, но вне корпуса

Почти упакованная оптикаразмещает оптические модули на главной плате рядом с ASIC коммутатора, но вне корпуса ASIC.

NPO сокращает электрическую зону действия, сохраняя при этом большее физическое разделение между оптическим механизмом и хост-компьютером.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Архитектура оптического двигателя на уровне платы НПО

Размещение на уровне платы и средний электрический охват

  • Рядом с ASIC

  • По периметру охлаждающей конструкции ASIC

  • На соседней дочерней плате

  • Во внутренней сборке с разъемами

  • Внутри сокета на уровне платы

Точное размещение и метод крепления зависят от реализации.

По сравнению с оптикой на передней панели, NPO уменьшает радиус действия печатной платы. По сравнению с CPO, электрические сигналы по-прежнему пересекают границы корпуса ASIC и проходят через часть печатной платы хоста.

Таким образом, NPO сохраняет некоторые ограничения электрических каналов, избегая при этом некоторых рисков интеграции на уровне пакета.

Оптико-электрическое разделение и ремонтопригодность

Поскольку оптический механизм остается вне пакета ASIC, NPO может обеспечить меньшую область отказа, чем тесно интегрированный узел CPO.

Неисправный оптический механизм можно заменить без замены ASIC переключателя. Однако не следует путать это с горячей заменой передней панели.

  • Открытие шасси

  • Снятие радиатора или охлаждающей пластины

  • Отключение внутренних волокон

  • Освобождение внутреннего разъема или гнезда

  • Замена дочерней платы

  • Выполнение доработок на уровне платы

Таким образом, NPO более отделим, чем CPO, но менее доступен, чем XPO или обычный модуль передней панели.

Преимущества упаковки и охлаждения перед CPO

NPO избегает размещения каждого оптического механизма непосредственно внутри хост-корпуса. Это может снизить давление на:

  • Область упаковки-подложки

  • Оптическое крепление на уровне упаковки

  • Сборка упаковки

  • Доходность связанного пакета

  • Переработка пакета

Это также может предоставить большую свободу в создании отдельных тепловых путей для ASIC и оптических двигателей.

  • Воздушное охлаждение

  • Проводящие теплораспределители

  • Радиаторы на плате

  • Системные холодные пластины

  • Жидкостное охлаждение на уровне корпуса

НКО по-прежнему требует сложного производства. Хост-плата должна интегрировать короткие высокоскоростные электрические каналы, оптические двигатели, внутренние волокна, систему подачи питания, тепловые структуры и доступ к услугам в ограниченной зоне.

Лимиты НКО

NPO не сокращает электрический путь так агрессивно, как CPO. Поэтому может потребоваться более сильная коррекция или повторная синхронизация, чем для оптического механизма уровня пакета.

  • Пакет ASIC

  • Следы печатной платы хоста

  • Промежуточные разъемы

  • Размещение двигателя

  • Электрическая тарифная полоса

  • Тепловой расчет

  • Внутренняя прокладка оптоволокна

NPO не должен определяться фиксированной совокупной пропускной способностью. Его пропускная способность зависит от количества электрических линий, скорости передачи данных на каждую полосу, плана оптической длины волны и разделения двигателя.

НКО как промежуточная архитектура

  • Электрический доступ к передней панели становится слишком трудным

  • Полная интеграция CPO неприемлема.

  • Возможно внутреннее обслуживание двигателя.

  • Доступна оптическая интеграция на уровне платы.

  • Горячая замена передней панели не обязательна

Это не означает, что НКО должна быть временной. Он может оставаться полезным там, где проектировщики систем ценят как меньшую электрическую дальность действия, так и частичную независимость от оптического двигателя.

Архитектура XPO: перестройка подключаемой модели для обеспечения экстремальной плотности

XPO означает сверхплотную сменную оптику. Он сохраняет границы замены передней панели, одновременно увеличивая плотность электрических линий и вводя жидкостное охлаждение на уровне модуля.

ОфициальныйХПО МСАразрабатывает сменный форм-фактор с жидкостным охлаждением, который поддерживает64 высокоскоростные электрические полосы. MSA открыто для заинтересованных участников на недискриминационной основе.

В отличие от CPO и NPO, XPO в первую очередь не решает проблему электрического расстояния, перемещая оптическое преобразование рядом с ASIC. Основное внимание уделяется увеличению плотности и охлаждающей способности сменного модуля передней панели.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Сменный модуль XPO с жидкостным охлаждением

Возможность подключения передней панели и интеграция на уровне модуля

Модуль XPO остается доступным с передней панели.

  • Самостоятельная замена модуля

  • Выездное обслуживание

  • Раздельный жизненный цикл переключателей и оптики

  • Инвентаризация на уровне модуля

  • Гибкий выбор оптического охвата

  • Более четкая изоляция неисправностей

Цена — более крупная и сложная граница модуля. XPO должен иметь большое количество электрических линий, значительную подачу энергии, плотную оптическую связь, управление модулями, жидкостное охлаждение и надежный механизм вставки и извлечения.

Что означают 64 электрических линии для проектирования системы

XPO MSA в настоящее время идентифицирует 64-полосный электрический интерфейс. Совокупная оптическая пропускная способность будет зависеть от конечной скорости передачи сигналов на полосу, метода модуляции, кодирования, архитектуры повторной синхронизации и оптической реализации.

  • Плотность электрических разъемов

  • Маршрутизация выходной платы хоста

  • Питание модуля

  • Тепловая нагрузка

  • Управление и диагностика модуля

  • Количество оптических передатчиков и приемников

  • Картирование волокон или длин волн

До тех пор, пока не будет опубликована полная спецификация MSA, точная полоса пропускания модуля, ограничения мощности, назначение разъемов и механические размеры должны рассматриваться как зависящие от реализации, а не как универсальные спецификации XPO.

Интегрированное жидкостное охлаждение

XPO помещает жидкостное охлаждение в архитектуру сменных модулей.

Это фундаментальное отличие от традиционных модулей с воздушным охлаждением. Система охлаждения должна работать совместно с:

  • Электрические контакты

  • Оптические интерфейсы

  • Сохранение модуля

  • Управленческие соединения

  • Процедуры установки и удаления

  • Доступ к сервису

Жидкостное охлаждение предъявляет дополнительные инженерные требования, в том числе:

  • Надежные гидравлические соединения

  • Предотвращение и обнаружение утечек

  • Выравнивание вслепую

  • Совместимость охлаждающей жидкости

  • Контроль падения давления

  • Сила вставки модуля

  • Процедуры технического обслуживания

Интерфейс охлаждения становится частью сервисной модели модуля, а не только частью шасси коммутатора.

XPO не означает возможность подключения внешнего лазера

Официальное расширение XPOСверхплотная сменная оптика.

Внешний лазер может использоваться в конкретной оптической реализации, но это не является определяющей особенностью XPO.

Правильный стандартизированный термин для сменного внешнего лазера, используемого в основном с CPO:ЭЛСФПили внешний подключаемый лазер малого форм-фактора.

Преимущества удобства обслуживания и дополнительная сложность

XPO обеспечивает наиболее понятную модель замены среди трех архитектур.

Неисправный модуль можно снять с передней панели без замены ASIC переключателя или доступа к внутреннему оптическому механизму.

Однако возможность подключения с жидкостным охлаждением механически более требовательна, чем замена обычного модуля. В завершенной конструкции может потребоваться подключение и отключение:

  • Высокоскоростные электрические полосы

  • Силовые контакты

  • Сигналы управления

  • Оптические волокна

  • Порты жидкостного охлаждения

  • Особенности механической фиксации

Все интерфейсы должны оставаться надежными при повторяющихся циклах установки и удаления.

CPO, NPO и XPO: параллельное инженерное сравнение

Инженерный фактор CPO НКО XPO
Электрический охват Самый низкий Средний Самый высокий
Потенциал снижения электрических потерь Самый высокий От умеренного до высокого Более ограниченный
Интеграция пакетов Самый высокий Умеренный Самый низкий относительно ASIC
Доступность оптического двигателя Низкий Умеренный Высокий
Замена передней панели Нет Обычно нет Да
Связь ASIC и оптической неисправности Потенциально высокий Уменьшенный Низкий
Концентрация тепла возле ASIC Самый высокий Умеренный Ниже у ASIC, выше внутри модуля
Охлаждающая архитектура Зависит от пакета или системы Зависит от реализации Жидкостное охлаждение на уровне модуля
Категория пропускной способности Зависит от реализации Зависит от реализации Зависит от окончательной скорости интерфейса MSA
Основная цель Минимизируйте электрическую досягаемость Баланс близости и разлуки Увеличение плотности подключаемых модулей
Основной инженерный риск Производительность, охлаждение и удобство обслуживания Интеграция платы и внутренний доступ Мощность модуля и сложность жидкостного интерфейса

Место установки и электрическое расстояние

CPO обеспечивает кратчайший электрический путь, размещая оптическое преобразование внутри среды уровня корпуса.

NPO обеспечивает более длинный путь между пакетом и ближайшим установленным на борту двигателем.

XPO сохраняет электрическое соединение между ASIC и модулем передней панели.

Фактическое расстояние зависит от реализации, поэтому имена архитектур не следует преобразовывать в универсальные спецификации физической длины.

Компромиссы в отношении мощности, охлаждения и целостности сигнала

CPO предлагает наибольший потенциал для снижения мощности электрического интерфейса, но он создает самую высокую тепловую концентрацию вокруг корпуса ASIC.

NPO обеспечивает большее разделение между ASIC и оптическими процессорами, при этом уменьшая радиус действия печатной платы.

XPO сохраняет возможность замены модулей, но концентрирует значительную функциональность и тепло внутри форм-фактора передней панели.

Границы работоспособности и отказов

Граница замены существенно отличается:

  • CPO:сборка пакета или внутренний оптический двигатель

  • НПО:внутренний двигатель, разъем или дочерняя плата

  • ХПО:модуль передней панели

Инженеры должны оценить не только то, является ли компонент технически заменимым, но и где происходит ремонт, какие инструменты потребуются и какая часть системы должна быть выведена из эксплуатации.

Сложность упаковки и право собственности на производство

  • Полупроводниковая упаковка

  • Кремниевая фотоника

  • Пакетные подложки

  • Оптическая насадка

  • Тепловой расчет на уровне корпуса

  • Дизайн хост-платы

  • Короткие электрические интерфейсы

  • Внутреннее крепление оптического двигателя

  • Маршрутизация оптоволокна

  • Охлаждение на уровне платы

  • Упаковка модулей высокой плотности

  • Интеграция жидкостного охлаждения

  • Подача сильноточной мощности

  • Плотные электрические и оптические интерфейсы

  • Механика передней панели

Как меняется производственная экосистема

CPO: усовершенствованная упаковка и кремниевая фотоника

CPO требует тесной координации проектирования ASIC, фотонной интеграции, проектирования подложки, электрической упаковки, оптического крепления, управления температурным режимом и тестирования.

Несколько доменов доходности необходимо управлять одновременно. Завершенная сборка может содержать высококачественную ASIC-переключатель, несколько оптических двигателей, фотонные интегральные схемы, драйверы, приемники, оптоволоконные соединители и охлаждающие конструкции.

Тестирование заведомо исправных кристаллов, встроенные двигатели, внешние лазеры, резервирование и диагностика на уровне корпуса могут снизить риск, но они также увеличивают стоимость и сложность.

НПО: Интеграция платы и внутренняя оптическая юстировка

NPO удерживает оптический механизм снаружи корпуса, перемещая его внутри переключателя.

Приоритеты производства включают короткие каналы печатной платы, электрические переходы с низкими потерями, внутренние разъемы двигателя, прокладку оптоволокна, охлаждение на уровне платы, оптическое выравнивание, доступ для обслуживания и возможность тестирования двигателя.

NPO снижает некоторые ограничения на уровне пакета, но создает более специализированную системную плату.

XPO: интеграция модулей и жидкостное охлаждение

XPO сохраняет оптический модуль как отдельный продукт, но требуемые возможности выходят за рамки обычных подключаемых модулей.

Модуль должен сочетать в себе электрический интерфейс с большим количеством линий, значительную подачу энергии, жидкостное охлаждение, плотную оптическую связь, управление модулем и удобство механического обслуживания.

Основная задача — сохранить границу сменного модуля, одновременно интегрируя в эту границу значительно больше электрических, оптических и тепловых функций.

Значение для MPO, оптоволоконных массивов и оптической связи на уровне кристалла

CPO, NPO и XPO не устраняют необходимость в оптоволокне. Они меняют, где происходит соединение и какая требуется плотность, точность и механические характеристики.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Как CPO, NPO и XPO меняют возможности оптоволоконной связи

XPO и многоволоконное соединение высокой плотности

64-канальный подключаемый электрический интерфейс создает острую потребность в организованной оптической маршрутизации с высокой плотностью.

  • Мультиплексирование длин волн

  • Дуплексная архитектура

  • Оптическая модуляция

  • Достигать

  • Отображение полос движения

  • Конструкция разъема

Соответствующие рекомендации по разъемам и кабелям включают:

  • Площадь разъема

  • Полярность волокна

  • Вносимые и обратные потери

  • Доступ для очистки

  • Направление вывода кабеля

  • Маршрутизация вокруг охлаждающей конструкции

  • Механическая нагрузка при замене

  • Удержание разъема

Интерфейсы типа MPO хорошо подходят для стандартизированных многоволоконных соединений, но окончательная конфигурация разъема должна соответствовать завершенной спецификации XPO и оптической реализации.

Тепловые и механические требования к модулям с жидкостным охлаждением

Оптоволоконные сборки рядом с модулем с жидкостным охлаждением должны сосуществовать с жидкостными портами, холодными пластинами, силовыми контактами, высокоскоростными электрическими разъемами, механизмами выталкивателей и удерживающими конструкциями на передней панели.

  • Управление радиусом изгиба

  • Прокладка кабеля

  • Доступность разъема

  • Сервисные петли

  • Снятие напряжения

  • Тепловое расширение

  • Механический зазор

Не следует принимать во внимание универсальные температурные классы или требования к материалу оболочки до тех пор, пока не станут известны окончательные характеристики модуля и системы.

Оптические соединения CPO и NPO Shift внутри коммутатора

Когда оптические механизмы приближаются к ASIC, часть оптического соединения, ранее находившаяся внутри приемопередатчика на передней панели, становится внутренним оптическим межсоединением.

  • Внутренние оптоволоконные жгуты

  • Компактные многоволоконные разъемы

  • Оптоволоконные массивы

  • Низкопрофильные структуры маршрутизации

  • Пигтейлы оптического двигателя

  • Соединительные узлы на уровне чипа

Для CPO могут потребоваться оптические интерфейсы меньшего размера или более совместимые с корпусом, чем обычные разъемы на передней панели. Предпочтительный интерфейс зависит от доступного пространства, количества волокон, бюджета потерь, удобства обслуживания и процесса сборки.

Волоконные массивы, V-образные канавки и микролинзы

Аоптоволоконный массивпозиционирует несколько волокон с контролируемым шагом, чтобы они могли соединиться с фотонной интегральной схемой.

АV-образный пазСтруктура механически фиксирует волокна и помогает поддерживать их относительное выравнивание.

Амассив микролинзможет фокусировать, коллимировать или изменять форму оптических лучей между волокнами и фотонным чипом.

  • Краевая муфта

  • Решетчатая муфта

  • Интерфейсы расширенного луча

  • Съемные оптические соединения

  • Постоянно подключенные оптоволоконные массивы

Требуемый допуск на выравнивание и характеристики связи зависят от оптического режима, структуры волновода, геометрии линзы, материала крепления и рабочей температуры.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Оптоволоконная матрица, V-образная канавка и соединение микролинз с кремниевым фотонным чипом

Как выбрать между CPO, NPO и XPO

Ни одна архитектура не является оптимальной для каждого коммутатора.

Выбирайте по электрическим характеристикам и бюджету мощности

CPO является наиболее сильным кандидатом, когда доминирующим требованием является минимизация электрического охвата и мощность интерфейса.

NPO актуален, когда электрический путь необходимо со

Блог
Подробности блога
CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ
2026-06-23
Latest company news about CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Кластеры искусственного интеллекта требуют одновременного масштабирования пропускной способности коммутатора, количества оптических линий, плотности передней панели и мощности системы. По мере увеличения скорости электрических линий соединение между ASIC коммутатора и его оптическими интерфейсами становится все сложнее проектировать. Более длинные каналы печатной платы приводят к большим потерям и часто требуют более сильного выравнивания, изменения синхронизации или цифровой обработки сигнала.

CPO, NPO и XPO решают эту проблему с помощью трех различных стратегий размещения оптического механизма:

  • CPOперемещает оптическое преобразование в среду уровня пакета ASIC коммутатора.

  • НКОразмещает оптические механизмы рядом с ASIC, но оставляет их на главной плате.

  • XPOсохраняет сменный модуль на передней панели, одновременно увеличивая плотность электрических линий и вводя жидкостное охлаждение на уровне модуля.

Их общая цель — уменьшить ограничения, создаваемые высокоскоростной электрической передачей. Однако каждая архитектура по-разному распределяет мощность, тепло, риски упаковки, оптоволоконные соединения и ответственность за обслуживание.

Что такое CPO, NPO и XPO?

CPO размещает оптические модули в среде хост-ASIC на уровне пакета, NPO монтирует их на системной плате рядом с ASIC, а XPO сохраняет подключаемый модуль высокой плотности на передней панели. Основной компромисс заключается в электрическом охвате, интеграции корпуса, тепловом расчете и удобстве обслуживания в полевых условиях.

Структура OIF CEI-448Gопределяет CPO как электрооптическое устройство, установленное на хост-корпусе. Он определяет NPO как устройство, установленное на главной плате рядом с основной микросхемой, чтобы минимизировать следы на печатной плате и требования к электрической сигнализации.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Размещение оптического двигателя CPO, NPO и XPO

Коэффициент сравнения CPO НКО XPO
Оптико-моторное расположение В среде хост-пакета На главной плате рядом с ASIC На передней панели
Граница интеграции Уровень пакета Уровень совета директоров Независимый подключаемый модуль
Относительный электрический путь Самый короткий Средний Самый длинный из трех
Замена поля Самый сложный Зависит от реализации Прямая замена модуля
Основная термическая проблема Тепло сконцентрировано возле ASIC Охлаждение внутренних бортовых двигателей Высокая плотность тепла внутри модуля
Типичное направление охлаждения Проводимость пакета или жидкостное охлаждение Воздушное, кондуктивное или системное охлаждение Интегрированное жидкостное охлаждение
Основная цель Минимизируйте электрическую досягаемость Баланс близости и разлуки Сохранение возможности подключения при более высокой плотности
Основной акцент на производстве Усовершенствованная упаковка и оптическое крепление Интеграция совета директоров и внутреннее согласование Интеграция модулей, питания, охлаждения и разъемов

Такие описания, как «CPO микрометрового масштаба», «NPO сантиметрового масштаба» и «подключаемые модули дециметрового масштаба», могут быть полезны в качестве концептуальных иллюстраций, но они не являются универсальными ограничениями спецификации. Физическое расстояние зависит от корпуса, платы, разъема и конструкции корпуса.

Общая цель: сократить электрический путь

В обычном коммутаторе ASIC расположена на системной плате, а оптические трансиверы установлены на передней панели. Высокоскоростные электрические сигналы должны пройти через переходы корпуса, дорожки печатной платы, переходные отверстия, разъемы и электрический интерфейс модуля, прежде чем произойдет оптическое преобразование.

При более высоких скоростях передачи данных этим каналом становится сложнее управлять. Диэлектрические потери, отражения, перекрестные помехи и неоднородности импеданса уменьшают запас сигнала. Система может компенсировать это за счет более сильного выравнивания передатчика и приемника, восстановления тактового сигнала, изменения синхронизации, прямой коррекции ошибок или модуля DSP с повторной синхронизацией.

Перемещение оптического механизма ближе к ASIC сокращает электрическую часть канала. Тогда большую часть физического расстояния можно будет преодолеть оптически, а не с помощью высокоскоростных трассировок печатных плат.

Три модели размещения оптических двигателей

  • CPO:оптическое преобразование происходит внутри сборки уровня пакета.

  • НПО:оптическое преобразование происходит на главной плате рядом с корпусом.

  • ХПО:оптическое преобразование остается внутри сменного модуля передней панели.

Это решение о размещении влияет на электрические потери системы, распределение мощности, структуру охлаждения, маршрутизацию волокон, производственный процесс и стратегию ремонта.

Почему электрический радиус действия имеет значение в высокоскоростных переключателях

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Как более короткие электрические пути уменьшают нагрузку на формирование сигнала

Электрическая связь между ASIC и оптическим механизмом потребляет часть целостности сигнала, мощности и теплового баланса системы.

По мере роста тарифов передача ПХБ становится все более чувствительной к:

  • Длина трассировки

  • Escape-маршрутизация пакета

  • Диэлектрические потери платы

  • Переходные отверстия и соединители

  • Перекрестные помехи

  • Возвратные потери

  • Возможность эквализации

Более длинный канал обычно требует большей компенсации. Эта компенсация потребляет электроэнергию и выделяет тепло, часто в местах, где поток воздуха и пространство на панели уже ограничены.

Потери в канале печатной платы, коррекция и мощность

Обычный оптический модуль может содержать DSP, который восстанавливает и повторно синхронизирует электрический сигнал перед оптической передачей. Это создает прочную границу модуля, но также увеличивает мощность внутри трансивера.

Более короткий электрический путь может поддерживать другие схемы интерфейса:

  • Линейная оптика, где больше обработки сигнала остается в ASIC хоста

  • Полуперерегулированная оптика, где обновляется только часть интерфейса

  • Полностью переработанная оптика, где модуль обеспечивает полную границу синхронизации

Предпочтительная конструкция зависит от возможностей хоста SerDes, потерь в канале, требований к совместимости, оптической дальности, температурных ограничений и приемлемого риска реализации.

Поэтому актуальный инженерный вопрос заключается не просто в наличии DSP. Это:

Где расположены функции эквализации, пересинхронизации, восстановления тактовой частоты и FEC, и какой электрический канал они должны компенсировать?

Почему более короткие электрические соединения автоматически не создают лучшую систему

Уменьшение электрического охвата улучшает одну часть конструкции, но может усложнить другие.

  • Сконцентрируйте дополнительное тепло вокруг крупнейшего теплового источника системы.

  • Увеличение размера упаковки и сложности подложки

  • Усложнить замену оптических двигателей

  • Сочетание производительности оптического двигателя с производительностью корпуса

  • Увеличение внутренней плотности волокон

  • Требуется более точное выравнивание волокна к чипу

  • Усложненное тестирование на уровне пакета

Таким образом, CPO, NPO и XPO — это разные способы распределения инженерных ограничений, а не их устранения.

Архитектура CPO: оптические механизмы внутри пакета ASIC

Комбинированная оптикапомещает оптические механизмы в среду уровня пакета ASIC коммутатора. Вместо того, чтобы направлять каждую высокоскоростную электрическую линию на переднюю панель, система выполняет оптическое преобразование рядом с ASIC и передает сигналы к панели по оптоволоконному кабелю.

Это наиболее агрессивная из трех архитектур в плане уменьшения электрической досягаемости.

Физическая интеграция с 2.5D и 3D упаковкой

CPO часто ассоциируется с 2,5D и 3D-упаковкой, но эти термины не являются взаимозаменяемыми с CPO.

  • Переключатель ASIC

  • Несколько оптических двигателей

  • Приборы кремниевой фотоники

  • Электрические драйверы и ресиверы

  • Подложки пакетов или промежуточные устройства

  • Структуры крепления волокон

  • Термические распределители или холодные пластины

Оптический механизм не обязательно должен быть изготовлен на том же полупроводниковом кристалле, что и ASIC. Отдельные электронные и фотонные чиплеты могут быть интегрированы в одну сборку на уровне корпуса.

Структура совместной упаковки OIFописывает совместно упакованные сборки, содержащие вставленные или припаянные ASIC и оптические или электрические двигатели на высокопроизводительной подложке. Также обсуждается расположение разъемов рядом с корпусом, предназначенное для повышения гибкости сборки и доработки.

Пропускная способность CPO зависит от реализации

CPO — это архитектура интеграции, а не класс фиксированной пропускной способности.

Соглашение о внедрении совместного модуля OIF 3,2 Тбит/сопределяет строительный блок 3,2 Тбит/с для коммутационных сборок 51,2 Тбит/с. Его оптические варианты включают конфигурации с параллельным волокном и мультиплексированием по длине волны, в то время как та же механическая концепция может также поддерживать пассивный медный соединительный модуль.

Этот модуль 3.2T представляет собой стандартизированную реализацию. Это не означает, что каждый механизм CPO должен работать со скоростью 3,2 Тбит/с или что CPO постоянно ограничен одним диапазоном полосы пропускания.

  • Количество электрических дорожек

  • Скорость передачи данных на полосу

  • Количество оптических длин волн

  • Формат модуляции

  • Разделение двигателя

  • Количество клетчатки

  • Топология пакета

Преимущества мощности и задержки

Основное преимущество мощности CPO заключается в сокращении высокоскоростного электрического соединения между ASIC и оптическим механизмом.

  • Электрические драйверы с высоким поворотом

  • Сильные получают выравнивание

  • Промежуточные ретаймеры

  • Полный модуль DSP обработки

  • Дополнительные этапы FEC

Общая выгода зависит от базовой архитектуры. Энергия, сэкономленная на интерфейсе ASIC-оптика, не должна автоматически представляться как одинаковый процент от общей мощности коммутатора.

  • Переключатель ASIC

  • Оптические модуляторы и приемники

  • Лазерные источники

  • Преобразование напряжения

  • Охлаждающие насосы и вентиляторы

  • Управляющая электроника

  • Аппаратное обеспечение плоскости управления

CPO также может уменьшить задержку интерфейса, удаляя или упрощая этапы повторной синхронизации и обработки сигналов. Не существует универсального показателя задержки CPO, поскольку результат зависит от того, охватывает ли измерение электрический интерфейс, оптический механизм, FEC, полный оптический канал, конвейер коммутатора или сквозную сеть.

Границы работоспособности, доходности и отказов

Традиционные подключаемые модули создают четкие границы обслуживания. Неисправный модуль можно снять с передней панели без замены ASIC переключателя.

CPO меняет эту границу.

Припаянный оптический механизм может быть сложно заменить после сборки корпуса. Таким образом, сбой внутри тесно интегрированного пакета может расширить область замены и увеличить стоимость ремонта.

Это не означает, что каждый оптический сбой требует отказа от ASIC. Работоспособность зависит от того, используются ли в конструкции:

  • Паяные оптические двигатели

  • Разъемные оптические двигатели

  • Сменные внешние лазеры

  • Резервирование каналов

  • Резервирование двигателя

  • Переработка на уровне пакета

  • Деповской ремонт вместо полевого ремонта

Разъемные двигатели могут улучшить производственную переделку, но они остаются менее доступными, чем трансиверы с передней панелью. Поэтому при проектировании необходимо учитывать как первоначальную производительность производства, так и долгосрочную надежность в эксплуатации.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Архитектура пакета CPO с внешним лазерным источником

Внешние лазерные источники как компромисс между температурой и обслуживанием

Лазеры являются чувствительными к температуре компонентами. Их размещение рядом с ASIC высокой мощности может усложнить тепловую схему и снизить доступный запас надежности.

Архитектура внешнего лазера отделяет источник непрерывного лазера от оптического двигателя. Оптическая мощность передается по оптоволокну к модуляторам внутри сборного узла, в то время как лазер остается в более прохладном и доступном месте.

Соглашение о реализации ELSFP OIFопределяетВнешний подключаемый лазер малого форм-факторав качестве заменяемого источника непрерывного света для оптических трансиверов, объединенных в систему. Он использует электрооптическое соединение «вслепую» и предназначен в первую очередь для приложений CPO.

  • Отделение тепловой среды лазера от корпуса ASIC

  • Самостоятельная замена вышедшего из строя источника света

  • Упрощенное лазерное охлаждение

  • Централизованное управление оптической мощностью

  • Возможное повторное использование или модернизация лазерных модулей.

Это также предъявляет требования к распределению оптической мощности, чистоте разъемов, защитным блокировкам, резервированию и мониторингу.

ELSFP — это не другое название XPO. ELSFP обеспечивает внешнее оптическое питание для совместно собранных двигателей, а XPO определяет другую подключаемую оптическую архитектуру.

Архитектура НКО: оптические двигатели рядом с ASIC, но вне корпуса

Почти упакованная оптикаразмещает оптические модули на главной плате рядом с ASIC коммутатора, но вне корпуса ASIC.

NPO сокращает электрическую зону действия, сохраняя при этом большее физическое разделение между оптическим механизмом и хост-компьютером.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Архитектура оптического двигателя на уровне платы НПО

Размещение на уровне платы и средний электрический охват

  • Рядом с ASIC

  • По периметру охлаждающей конструкции ASIC

  • На соседней дочерней плате

  • Во внутренней сборке с разъемами

  • Внутри сокета на уровне платы

Точное размещение и метод крепления зависят от реализации.

По сравнению с оптикой на передней панели, NPO уменьшает радиус действия печатной платы. По сравнению с CPO, электрические сигналы по-прежнему пересекают границы корпуса ASIC и проходят через часть печатной платы хоста.

Таким образом, NPO сохраняет некоторые ограничения электрических каналов, избегая при этом некоторых рисков интеграции на уровне пакета.

Оптико-электрическое разделение и ремонтопригодность

Поскольку оптический механизм остается вне пакета ASIC, NPO может обеспечить меньшую область отказа, чем тесно интегрированный узел CPO.

Неисправный оптический механизм можно заменить без замены ASIC переключателя. Однако не следует путать это с горячей заменой передней панели.

  • Открытие шасси

  • Снятие радиатора или охлаждающей пластины

  • Отключение внутренних волокон

  • Освобождение внутреннего разъема или гнезда

  • Замена дочерней платы

  • Выполнение доработок на уровне платы

Таким образом, NPO более отделим, чем CPO, но менее доступен, чем XPO или обычный модуль передней панели.

Преимущества упаковки и охлаждения перед CPO

NPO избегает размещения каждого оптического механизма непосредственно внутри хост-корпуса. Это может снизить давление на:

  • Область упаковки-подложки

  • Оптическое крепление на уровне упаковки

  • Сборка упаковки

  • Доходность связанного пакета

  • Переработка пакета

Это также может предоставить большую свободу в создании отдельных тепловых путей для ASIC и оптических двигателей.

  • Воздушное охлаждение

  • Проводящие теплораспределители

  • Радиаторы на плате

  • Системные холодные пластины

  • Жидкостное охлаждение на уровне корпуса

НКО по-прежнему требует сложного производства. Хост-плата должна интегрировать короткие высокоскоростные электрические каналы, оптические двигатели, внутренние волокна, систему подачи питания, тепловые структуры и доступ к услугам в ограниченной зоне.

Лимиты НКО

NPO не сокращает электрический путь так агрессивно, как CPO. Поэтому может потребоваться более сильная коррекция или повторная синхронизация, чем для оптического механизма уровня пакета.

  • Пакет ASIC

  • Следы печатной платы хоста

  • Промежуточные разъемы

  • Размещение двигателя

  • Электрическая тарифная полоса

  • Тепловой расчет

  • Внутренняя прокладка оптоволокна

NPO не должен определяться фиксированной совокупной пропускной способностью. Его пропускная способность зависит от количества электрических линий, скорости передачи данных на каждую полосу, плана оптической длины волны и разделения двигателя.

НКО как промежуточная архитектура

  • Электрический доступ к передней панели становится слишком трудным

  • Полная интеграция CPO неприемлема.

  • Возможно внутреннее обслуживание двигателя.

  • Доступна оптическая интеграция на уровне платы.

  • Горячая замена передней панели не обязательна

Это не означает, что НКО должна быть временной. Он может оставаться полезным там, где проектировщики систем ценят как меньшую электрическую дальность действия, так и частичную независимость от оптического двигателя.

Архитектура XPO: перестройка подключаемой модели для обеспечения экстремальной плотности

XPO означает сверхплотную сменную оптику. Он сохраняет границы замены передней панели, одновременно увеличивая плотность электрических линий и вводя жидкостное охлаждение на уровне модуля.

ОфициальныйХПО МСАразрабатывает сменный форм-фактор с жидкостным охлаждением, который поддерживает64 высокоскоростные электрические полосы. MSA открыто для заинтересованных участников на недискриминационной основе.

В отличие от CPO и NPO, XPO в первую очередь не решает проблему электрического расстояния, перемещая оптическое преобразование рядом с ASIC. Основное внимание уделяется увеличению плотности и охлаждающей способности сменного модуля передней панели.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Сменный модуль XPO с жидкостным охлаждением

Возможность подключения передней панели и интеграция на уровне модуля

Модуль XPO остается доступным с передней панели.

  • Самостоятельная замена модуля

  • Выездное обслуживание

  • Раздельный жизненный цикл переключателей и оптики

  • Инвентаризация на уровне модуля

  • Гибкий выбор оптического охвата

  • Более четкая изоляция неисправностей

Цена — более крупная и сложная граница модуля. XPO должен иметь большое количество электрических линий, значительную подачу энергии, плотную оптическую связь, управление модулями, жидкостное охлаждение и надежный механизм вставки и извлечения.

Что означают 64 электрических линии для проектирования системы

XPO MSA в настоящее время идентифицирует 64-полосный электрический интерфейс. Совокупная оптическая пропускная способность будет зависеть от конечной скорости передачи сигналов на полосу, метода модуляции, кодирования, архитектуры повторной синхронизации и оптической реализации.

  • Плотность электрических разъемов

  • Маршрутизация выходной платы хоста

  • Питание модуля

  • Тепловая нагрузка

  • Управление и диагностика модуля

  • Количество оптических передатчиков и приемников

  • Картирование волокон или длин волн

До тех пор, пока не будет опубликована полная спецификация MSA, точная полоса пропускания модуля, ограничения мощности, назначение разъемов и механические размеры должны рассматриваться как зависящие от реализации, а не как универсальные спецификации XPO.

Интегрированное жидкостное охлаждение

XPO помещает жидкостное охлаждение в архитектуру сменных модулей.

Это фундаментальное отличие от традиционных модулей с воздушным охлаждением. Система охлаждения должна работать совместно с:

  • Электрические контакты

  • Оптические интерфейсы

  • Сохранение модуля

  • Управленческие соединения

  • Процедуры установки и удаления

  • Доступ к сервису

Жидкостное охлаждение предъявляет дополнительные инженерные требования, в том числе:

  • Надежные гидравлические соединения

  • Предотвращение и обнаружение утечек

  • Выравнивание вслепую

  • Совместимость охлаждающей жидкости

  • Контроль падения давления

  • Сила вставки модуля

  • Процедуры технического обслуживания

Интерфейс охлаждения становится частью сервисной модели модуля, а не только частью шасси коммутатора.

XPO не означает возможность подключения внешнего лазера

Официальное расширение XPOСверхплотная сменная оптика.

Внешний лазер может использоваться в конкретной оптической реализации, но это не является определяющей особенностью XPO.

Правильный стандартизированный термин для сменного внешнего лазера, используемого в основном с CPO:ЭЛСФПили внешний подключаемый лазер малого форм-фактора.

Преимущества удобства обслуживания и дополнительная сложность

XPO обеспечивает наиболее понятную модель замены среди трех архитектур.

Неисправный модуль можно снять с передней панели без замены ASIC переключателя или доступа к внутреннему оптическому механизму.

Однако возможность подключения с жидкостным охлаждением механически более требовательна, чем замена обычного модуля. В завершенной конструкции может потребоваться подключение и отключение:

  • Высокоскоростные электрические полосы

  • Силовые контакты

  • Сигналы управления

  • Оптические волокна

  • Порты жидкостного охлаждения

  • Особенности механической фиксации

Все интерфейсы должны оставаться надежными при повторяющихся циклах установки и удаления.

CPO, NPO и XPO: параллельное инженерное сравнение

Инженерный фактор CPO НКО XPO
Электрический охват Самый низкий Средний Самый высокий
Потенциал снижения электрических потерь Самый высокий От умеренного до высокого Более ограниченный
Интеграция пакетов Самый высокий Умеренный Самый низкий относительно ASIC
Доступность оптического двигателя Низкий Умеренный Высокий
Замена передней панели Нет Обычно нет Да
Связь ASIC и оптической неисправности Потенциально высокий Уменьшенный Низкий
Концентрация тепла возле ASIC Самый высокий Умеренный Ниже у ASIC, выше внутри модуля
Охлаждающая архитектура Зависит от пакета или системы Зависит от реализации Жидкостное охлаждение на уровне модуля
Категория пропускной способности Зависит от реализации Зависит от реализации Зависит от окончательной скорости интерфейса MSA
Основная цель Минимизируйте электрическую досягаемость Баланс близости и разлуки Увеличение плотности подключаемых модулей
Основной инженерный риск Производительность, охлаждение и удобство обслуживания Интеграция платы и внутренний доступ Мощность модуля и сложность жидкостного интерфейса

Место установки и электрическое расстояние

CPO обеспечивает кратчайший электрический путь, размещая оптическое преобразование внутри среды уровня корпуса.

NPO обеспечивает более длинный путь между пакетом и ближайшим установленным на борту двигателем.

XPO сохраняет электрическое соединение между ASIC и модулем передней панели.

Фактическое расстояние зависит от реализации, поэтому имена архитектур не следует преобразовывать в универсальные спецификации физической длины.

Компромиссы в отношении мощности, охлаждения и целостности сигнала

CPO предлагает наибольший потенциал для снижения мощности электрического интерфейса, но он создает самую высокую тепловую концентрацию вокруг корпуса ASIC.

NPO обеспечивает большее разделение между ASIC и оптическими процессорами, при этом уменьшая радиус действия печатной платы.

XPO сохраняет возможность замены модулей, но концентрирует значительную функциональность и тепло внутри форм-фактора передней панели.

Границы работоспособности и отказов

Граница замены существенно отличается:

  • CPO:сборка пакета или внутренний оптический двигатель

  • НПО:внутренний двигатель, разъем или дочерняя плата

  • ХПО:модуль передней панели

Инженеры должны оценить не только то, является ли компонент технически заменимым, но и где происходит ремонт, какие инструменты потребуются и какая часть системы должна быть выведена из эксплуатации.

Сложность упаковки и право собственности на производство

  • Полупроводниковая упаковка

  • Кремниевая фотоника

  • Пакетные подложки

  • Оптическая насадка

  • Тепловой расчет на уровне корпуса

  • Дизайн хост-платы

  • Короткие электрические интерфейсы

  • Внутреннее крепление оптического двигателя

  • Маршрутизация оптоволокна

  • Охлаждение на уровне платы

  • Упаковка модулей высокой плотности

  • Интеграция жидкостного охлаждения

  • Подача сильноточной мощности

  • Плотные электрические и оптические интерфейсы

  • Механика передней панели

Как меняется производственная экосистема

CPO: усовершенствованная упаковка и кремниевая фотоника

CPO требует тесной координации проектирования ASIC, фотонной интеграции, проектирования подложки, электрической упаковки, оптического крепления, управления температурным режимом и тестирования.

Несколько доменов доходности необходимо управлять одновременно. Завершенная сборка может содержать высококачественную ASIC-переключатель, несколько оптических двигателей, фотонные интегральные схемы, драйверы, приемники, оптоволоконные соединители и охлаждающие конструкции.

Тестирование заведомо исправных кристаллов, встроенные двигатели, внешние лазеры, резервирование и диагностика на уровне корпуса могут снизить риск, но они также увеличивают стоимость и сложность.

НПО: Интеграция платы и внутренняя оптическая юстировка

NPO удерживает оптический механизм снаружи корпуса, перемещая его внутри переключателя.

Приоритеты производства включают короткие каналы печатной платы, электрические переходы с низкими потерями, внутренние разъемы двигателя, прокладку оптоволокна, охлаждение на уровне платы, оптическое выравнивание, доступ для обслуживания и возможность тестирования двигателя.

NPO снижает некоторые ограничения на уровне пакета, но создает более специализированную системную плату.

XPO: интеграция модулей и жидкостное охлаждение

XPO сохраняет оптический модуль как отдельный продукт, но требуемые возможности выходят за рамки обычных подключаемых модулей.

Модуль должен сочетать в себе электрический интерфейс с большим количеством линий, значительную подачу энергии, жидкостное охлаждение, плотную оптическую связь, управление модулем и удобство механического обслуживания.

Основная задача — сохранить границу сменного модуля, одновременно интегрируя в эту границу значительно больше электрических, оптических и тепловых функций.

Значение для MPO, оптоволоконных массивов и оптической связи на уровне кристалла

CPO, NPO и XPO не устраняют необходимость в оптоволокне. Они меняют, где происходит соединение и какая требуется плотность, точность и механические характеристики.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Как CPO, NPO и XPO меняют возможности оптоволоконной связи

XPO и многоволоконное соединение высокой плотности

64-канальный подключаемый электрический интерфейс создает острую потребность в организованной оптической маршрутизации с высокой плотностью.

  • Мультиплексирование длин волн

  • Дуплексная архитектура

  • Оптическая модуляция

  • Достигать

  • Отображение полос движения

  • Конструкция разъема

Соответствующие рекомендации по разъемам и кабелям включают:

  • Площадь разъема

  • Полярность волокна

  • Вносимые и обратные потери

  • Доступ для очистки

  • Направление вывода кабеля

  • Маршрутизация вокруг охлаждающей конструкции

  • Механическая нагрузка при замене

  • Удержание разъема

Интерфейсы типа MPO хорошо подходят для стандартизированных многоволоконных соединений, но окончательная конфигурация разъема должна соответствовать завершенной спецификации XPO и оптической реализации.

Тепловые и механические требования к модулям с жидкостным охлаждением

Оптоволоконные сборки рядом с модулем с жидкостным охлаждением должны сосуществовать с жидкостными портами, холодными пластинами, силовыми контактами, высокоскоростными электрическими разъемами, механизмами выталкивателей и удерживающими конструкциями на передней панели.

  • Управление радиусом изгиба

  • Прокладка кабеля

  • Доступность разъема

  • Сервисные петли

  • Снятие напряжения

  • Тепловое расширение

  • Механический зазор

Не следует принимать во внимание универсальные температурные классы или требования к материалу оболочки до тех пор, пока не станут известны окончательные характеристики модуля и системы.

Оптические соединения CPO и NPO Shift внутри коммутатора

Когда оптические механизмы приближаются к ASIC, часть оптического соединения, ранее находившаяся внутри приемопередатчика на передней панели, становится внутренним оптическим межсоединением.

  • Внутренние оптоволоконные жгуты

  • Компактные многоволоконные разъемы

  • Оптоволоконные массивы

  • Низкопрофильные структуры маршрутизации

  • Пигтейлы оптического двигателя

  • Соединительные узлы на уровне чипа

Для CPO могут потребоваться оптические интерфейсы меньшего размера или более совместимые с корпусом, чем обычные разъемы на передней панели. Предпочтительный интерфейс зависит от доступного пространства, количества волокон, бюджета потерь, удобства обслуживания и процесса сборки.

Волоконные массивы, V-образные канавки и микролинзы

Аоптоволоконный массивпозиционирует несколько волокон с контролируемым шагом, чтобы они могли соединиться с фотонной интегральной схемой.

АV-образный пазСтруктура механически фиксирует волокна и помогает поддерживать их относительное выравнивание.

Амассив микролинзможет фокусировать, коллимировать или изменять форму оптических лучей между волокнами и фотонным чипом.

  • Краевая муфта

  • Решетчатая муфта

  • Интерфейсы расширенного луча

  • Съемные оптические соединения

  • Постоянно подключенные оптоволоконные массивы

Требуемый допуск на выравнивание и характеристики связи зависят от оптического режима, структуры волновода, геометрии линзы, материала крепления и рабочей температуры.

CPO против NPO против XPO: архитектура, питание, охлаждение и поддержание в оптике ЦОИ

Оптоволоконная матрица, V-образная канавка и соединение микролинз с кремниевым фотонным чипом

Как выбрать между CPO, NPO и XPO

Ни одна архитектура не является оптимальной для каждого коммутатора.

Выбирайте по электрическим характеристикам и бюджету мощности

CPO является наиболее сильным кандидатом, когда доминирующим требованием является минимизация электрического охвата и мощность интерфейса.

NPO актуален, когда электрический путь необходимо со