当前面板到硅芯片的整条链路实现端到端协同设计时，CPO才能真正实现规模化
过去十年间，AI基础设施团队主要沿着几条熟悉的路径扩展网络容量：提升算力、将GPU集群横向扩展至更多机架，以及通过数据中心互联实现跨区域扩展。但眼下，正在发生一种更根本性的变化：光网络正进一步深入数据中心内部，把光学连接“移入盒内”。像共封装光学（Co-Packaged Optics，CPO）和近封装光学（Near Package Optics，NPO）这样的技术，正在推动光纤跨越传统前面板边界，并在距离硅芯片仅几毫米的位置终接，从而在功耗、密度和可靠性方面实现显著提升。
过去光网络主要服务于“盒与盒之间” 的互连，而现在则正在转向“芯片与芯片之间” 的连接。这一单一但重大的架构转变，正在重塑下一代AI交换机的构建方式——从前面板到芯片，作为一个统一、连贯的系统来进行设计与工程实现。
· 生成式AI的需求正把传统网络推向物理极限。
· CPO让光纤更深入网络内部，推动网络从“盒到盒”互连迈向“芯片到芯片”互连。
· 只有系统化构建CPO，才能够在性能、密度、可靠性和装配方面实现优势。
为何AI网络正在走向“光纤直达芯片”
在传统数据中心架构中，光纤用于连接交换机，但这些光纤通常只到达设备的前面板。安装在设备前部的可插拔光模块会将光信号转换为电信号，然后数据再经过大约一英尺长的铜走线到达芯片。这个距离听起来似乎不长，但在现代AI工作负载所要求的传输速率下，它会成为大问题。
现有架构的问题出在哪里？首先，功耗会显著上升，因为为了补偿这段距离上噪声较大的电通道，需要进行大量数字信号处理（DSP）。与此同时，信号完整性会下降，串扰会增加，而且最终高速走线所需的PCB可用面积也会耗尽。
CPO 通过将信号路径视为一个统一优化的系统，而不是一串彼此独立的部件，几乎可以同时解决上述大多数问题。收发器功能依然存在，光信号仍然需要转换成电信号。但采用CPO和NPO后，可以获得更高的能效、更低的时延、更高的密度和更强的可靠性。统一的系统级设计会带来显著优势，但同时，这也是一个我们一直在努力简化的核心挑战。
真正的复杂性在盒内
一个CPO组件可能需要在非常紧凑的内部空间中布设超过1000根光纤，并且每一根都必须以亚微米级的对准精度连接到一个光子集成电路（PIC）上。若要在超大规模生产中做到这一点，就必须平衡四项彼此相互影响的要求：
1、性能，包括尽可能降低插入损耗
2、密度，即在有限空间内可容纳的光纤数量
3、在运行应力下的可靠性
4、面向制造规模的装配便利性
在实际工作中，这四个方面彼此牵制。为了达到某一个目标所做的每项选择，都会影响其他目标。只有在前面板连接器、专用光纤和光纤阵列单元（Fiber Array Unit, FAU）围绕同一个目标进行统一设计和协同管理时，这些需要权衡的问题才可能得到解决。
系统集成如何支撑更高可靠性
由于这是一个高度集成的系统，盒内的部件通常不能在现场进行更换或维修。乍一听，这似乎是一个缺点；但如果看看可靠性数据，你会有不同的看法。公开披露的CPO交换平台测试已经表明，在长时间链路小时测试中，CPO有潜力实现极高的运行可靠性。一项测试显示，Broadcom 公开披露的测试结果显示，其 CPO 解决方案在 Meta 的特定测试环境中实现了累计 100 万链路小时未出现链路抖动（link flap）。链路抖动指的是短暂的连接中断，它是高性能数据中心网络中最受关注的可靠性指标之一。之所以能够取得这样的结果，是因为整个光路径被视为一条经过完整工程设计的链路，而不是由独立采购的组件拼接而成的一条链条。
CPO的下一步，在于系统级能力
CPO仍处于发展的早期阶段。这个概念最早可追溯到几十年前的高性能计算领域，但直到现在，数据中心大规模部署所需的条件才逐渐成熟。未来几年，光纤、FAU和连接器密度等方面都将迎来快速创新。在下一阶段胜出的团队，不会是那些拥有最佳单一器件的团队，而会是那些把从前面板到芯片的整条路径视为一个统一工程系统、并对其进行端到端掌控的团队。
作者：Benoit Fleury 康宁光通信光子连接解决方案（PCS）商务总监
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