CPO vs LPO: De juiste weg kiezen voor optische connectiviteit in datacenters van de volgende generatie

De onafgebroken vraag naar hogere bandbreedte, lagere latentie en verbeterde energie-efficiëntie in hyperscale-datacenters en AI/ML-clusters duwt de optische interconnecttechnologie tot aan haar grenzen. Traditionele uitwisselbare optische modules met geavanceerde DSP’s (Digital Signal Processors) lopen tegen uitdagingen aan op het gebied van stroomverbruik en kosten bij 800G en hoger. Hier komen twee kandidaten om deze uitdagingen aan te pakken: Co-gepakte optica (CPO) en Lineaire uitwisselbare optica (LPO). Het begrijpen van hun verschillen is cruciaal voor het nemen van geïnformeerde infrastructuurbeslissingen.

▶ Begrip van de kernuitdaging: stroomverbruik en complexiteit

Uitwisselbare optische transceivers
(zoals QSFP-DD en OSFP) zijn de ruggengraat geweest van datacenternetwerken. Bij snelheden van 800G en doelstellingen van 1,6T wordt echter de Digitale Signaalprocessor (DSP) binnen deze modules een aanzienlijke bottleneck:

• Hoog energieverbruik: DSP’s verbruiken aanzienlijk veel stroom voor signaalconditioning (compensatie, foutcorrectie).

• Verhoogde latentie: DSP-verwerking voegt nanoseconden latentie toe.

• Kosten: Geavanceerde DSP-chips zijn duur en voegen complexiteit toe.

• Thermisch beheer: Het afvoeren van de warmte van de DSP binnen een kleine module-afmeting is uitdagend.

CPO en LPO vertegenwoordigen uiteenlopende evolutionaire paden om deze beperkingen te overwinnen.

▶ Co-packaged optics (CPO): diepe integratie

CPO verandert fundamenteel de architectuur door de optische engine uit uit de uitwisselbare module te halen en te plaatsen op hetzelfde substraat of in hetzelfde pakket als de host-switch Application-Specific Integrated Circuit (ASIC). De optica en elektronica zijn “co-packaged”.”

• Hoe het werkt: De optische engine bevindt zich extreem dicht bij de ASIC-die. Elektrische signalen reizen zeer korte afstanden over geoptimaliseerde kanalen (zoals silicon interposers). Dit elimineert de noodzaak voor complexe, stroomintensieve DSP’s binnen de optische engine zelf, omdat signaalintegriteitsproblemen worden geminimaliseerd door de extreem korte bereikafstand.

• Belangrijkste voordelen:

  • Aanzienlijk lager stroomverbruik: Verwijdering van DSP-stroomverbruik en optimalisatie van het gehele elektrische pad.

  • Hogere dichtheid: Maakt meer poorten per switch-frontplaat mogelijk.

  • Potentiële bandbreedtedichtheid: Stelt een nauwere integratie in staat voor enorme bandbreedte.

  • Lagere systeemlatency: Kortere elektrische paden en geen vertraging door DSP-verwerking.

• Belangrijkste uitdagingen:

  • Complexiteit & kosten: Vereist een radicale herontwerp van switch-ASIC-pakketten, complexe co-ontwerp van optica en elektronica, en geavanceerde productie (zoals siliciumfotonica). Zeer hoge niet-herhaalbare engineeringkosten.

  • Thermisch beheer: De integratie van hoogvermogens-ASIC’s en optica vereist geavanceerde koeloplossingen.

  • Leveringsketen: Creëert een afhankelijkheid van één leverancier voor de combinatie switch/ASIC/optica.

  • Onderhoud op locatie: Het vervangen van optica vereist het verwijderen van de volledige switchkaart, wat de operationele kosten en het risico op downtime verhoogt. Geen onafhankelijke optica-upgrades.

  • Volwassenheid: Zit nog voornamelijk in de precommerciële/prestandaardisatiefase. Beperkte ondersteuning door het ecosystem.

▶ Lineaire plug-in-optica (LPO): Vereenvoudigde aansluitbaarheid

LPO, soms ook genoemd “lineaire aandrijving” of “directe aandrijving”, volgt een andere aanpak. Het behoudt de vertrouwde, waardevolle plug-in-vormfactor, maar vereenvoudigt de optica drastisch door de DSP volledig te verwijderen.

• Hoe het werkt: LPO-modules maken gebruik van “lineaire” of “analoge aandrijf”-componenten (hoogwaardige lineaire TIAs en drivers) in plaats van een DSP. Ze zijn afhankelijk van voldoende krachtige analoge front-end-circuitry en geavanceerde signaalverwerkingscapaciteiten in de host-switch-ASIC om kanaalvervormingen te compenseren aan de hostzijde. Dit verplaatst de last van signaalintegriteit van de plug-in-module naar de switch.

• Belangrijkste voordelen:

  • Lagere stroomverbruik per module: Door de DSP te elimineren daalt het stroomverbruik van de module met ca. 50% ten opzichte van DSP-gebaseerde equivalente modules.

  • Lagere latentie:
    Verwijdert de DSP-verwerkingstijdvertraging binnen de module.

  • Lagere modulekosten: Verwijdert de dure DSP-chip.

  • Verminderde modulehitte: Eenvoudiger thermisch beheer binnen de plug-in-behuizing.

  • Aansluitbaarheid en flexibiliteit: Behoudt de cruciale voordelen van plug-in-optica – onderhoud op locatie, onafhankelijke upgrades, multi-source-overeenkomsten en flexibiliteit in netwerkontwerp. Compatibel met bestaande vormfactoren (QSFP-DD, OSFP).

  • Volwassenheid en beschikbaarheid: De technologie is beschikbaar nu (bijv. 400G, 800G). Vroege adoptie is al begonnen.

• Belangrijkste uitdagingen:

  • Afhankelijkheid van de host: Vereist switch-ASIC’s die specifiek zijn ontworpen met robuuste lineaire analoge front-ends en mogelijk verbeterde DSP/FEC-mogelijkheden.

  • Bereikbeperkingen: Richt zich voornamelijk op zeer korte bereiken binnen racks (SR) of tussen aangrenzende racks (DR) – meestal 100 m tot 500 m voor multimodevezel en tot 2 km voor enkelmodusvezel. Niet geschikt voor langeafstandsverbindingen.

  • Koppelprestaties: Kan licht hogere bitfoutpercentages hebben dan op DSP gebaseerde oplossingen, en is sterk afhankelijk van sterke Forward Error Correction (FEC). Vereist nauwe co-ontwerp van ASIC en module.

▶ CPO versus LPO: Een directe vergelijking

Eigenschap	Co-gepakte optica (CPO)	Lineaire uitwisselbare optica (LPO)
Architectuur	Optica geïntegreerd met ASIC op package/bord	DSP-loze plug-inmodule
Vermogensverbruik	Laagst (Optimalisatie op systeemniveau)	Lager dan DSP-gebaseerde modules (~50% minder)
Latentie	Laagst (kortste paden)	Lager dan DSP-gebaseerd (geen module-DSP)
Modulekosten	N/B (niet afzonderlijk)	Lager (geen DSP-chip)
Systeemkosten	Zeer hoog (herontwerp, complexe verpakking)	Matig (maakt gebruik van het plug-in-ecosysteem)
Dichtheid	Hoogst mogelijke	Vergelijkbaar met standaard plug-inmodules
Bereik	Ultra-korte bereik (cm)	Kort bereik (SR: ~100 m, DR: ~500 m–2 km)
Veldonderhoudbaarheid	Zeer moeilijk (vervang het volledige bord)	Eenvoudig (Hot-swappable modules)
Leveranciersflexibiliteit	Lock-in (oplossing van één leverancier)	Hoog (plug-in MSA-ecosysteem)
Upgrade-pad	Moeilijk (vereist een nieuw systeem)	Eenvoudig (wissel modules)
Thermische uitdaging	Hoog (geïntegreerde ASIC + optica)	Lager (warmte verspreid over module + switch)
Volwassenheid	Opkomend (pre-commercieel/O&O)	Beschikbaar nu (400G, 800G in levering)
Geschikt voor	Toekomstige AI/ML-clusters, grootste hyperscalers	Top-of-Rack, intra-rack, kortbereik spine-leaf

▶ Waar passen LINK-PP en optische transceivers in?

Voor datacenterexploitanten en netwerkarchitecten die hoogwaardige, kosteneffectieve en stroombesparende oplossingen nodig hebben optische transceiver oplossingen vandaag en op korte termijn, biedt LPO een overtuigende, praktische keuze. LINK-PP staat aan de voorfront van de ontwikkeling van betrouwbare LPO-technologie en biedt nu tastbare voordelen.

• Beschikbare LPO-oplossingen: LINK-PP levert hoogwaardige lineair aangestuurde plug-inoptica, zoals onze 800G-LPO serie, ontworpen voor compatibiliteit met toonaangevende switchplatforms met LPO-klaar host-ASIC’s. Deze modules leveren de beloofde stroom- en latentiebesparingen, terwijl ze de cruciale plug-inmogelijkheid behouden die exploitanten vereisen. Verken ons assortiment van optische modules met lage latentie ontworpen voor netwerken voor de volgende generatie AI.

• Het voordeel van uitwisselbare modules: Kiezen LINK-PP LPO-optische transceivers betekent flexibiliteit behouden. U kunt ze in specifieke gebieden met hoge dichtheid en gevoeligheid voor stroomverbruik, zoals AI/ML-serverclusters of netwerken voor high-frequency trading, implementeren zonder uw gehele infrastructuur te vernieuwen. Moet u een module upgraden of vervangen? Dat is eenvoudig. Op zoek naar optische oplossingen met laag stroomverbruik voor uw rack-eindpunten? LPO levert dat.

• Toekomstbestendigheid dankzij uitwisselbaarheid: Hoewel CPO op lange termijn veelbelovend is voor specifieke toepassingen met extreem hoge dichtheid, waarborgt het uitwisselbare model, geleid door LPO, bescherming van uw investering, keuze uit meerdere leveranciers en eenvoudiger migratiepaden naar nieuwe technologieën. LINK-PP blijft zich inzetten voor de ontwikkeling van hoogwaardige, uitwisselbare transceivertechnologie zoals LPO om aan de veranderende eisen te voldoen.

▶ Keuze tussen CPO en LPO: Belangrijke overwegingen

Uw beslissing hangt af van specifieke behoeften:

1. Tijdschema & urgentie: Hebt u oplossingen nodig nu voor 800G/1,6T-implementaties? LPO is de enige haalbare, leverbare optie. CPO is nog jaren verwijderd van wijdverspreide toepassing.

2. Bereik van stroomvermindering: Als uw absolute prioriteit het minimaliseren van stroomverbruik is, ongeacht kosten en complexiteit,, en u op de grootste schaal werkt, is het potentieel van CPO aanzienlijk. Voor aanzienlijke stroombesparingen per module met lagere systeemcomplexiteit, is LPO de winnaar.

3. Operationele flexibiliteit: Hebt u onderhoudbaarheid ter plaatse, keuze uit meerdere leveranciers en stapsgewijze upgrades nodig? De uitwisselbaarheid van LPO is essentieel. CPO brengt dit inleveren ten gunste van integratie.

4. Bereikvereisten: Voor verbindingen langer dan ca. 2 km blijven DSP-gebaseerde uitwisselbare modules noodzakelijk. LPO is specifiek ontworpen voor korte afstanden binnen datacenters. CPO is per definitie uiterst kortbereik.

5. Budget & risicobereidheid: LPO maakt gebruik van bestaande infrastructuur en toeleveringsketens en biedt daardoor lagere risico’s en kosten. CPO vereist enorme R&D-investeringen en houdt aanzienlijke technische en financiële risico’s in.

▶ Conclusie: LPO – De pragmatische weg naar voren voor hoogwaardige optische transceivers

Het debat tussen CPO en LPO draait niet om één technologie die “uitgesproken wint”. Het gaat erom de juiste tool te kiezen voor specifieke uitdagingen en tijdschema’s.

• CPO vertegenwoordigt een radicale, langetermijn architectuurwijziging met hoog potentieel, maar ook even hoge complexiteit, kosten en risico’s. Het is een toekomstvisie voor de meest veeleisende, gespecialiseerde toepassingen.

• LPO biedt een revolutionaire, maar wel pragmatische evolutie van uitwisselbare optische transceivers. Door de DSP op intelligente wijze te verwijderen en gebruik te maken van de mogelijkheden van de host-ASIC, levert het aanzienlijke besparingen op het gebied van stroomverbruik en latentie vandaag terwijl de cruciale operationele en financiële voordelen van uitwisselbaarheid behouden blijven, die moderne datacenternetwerken kenmerken. LINK-PP LPO-oplossingen, zoals onze LQD-M85400-SR4C en LQD-M31800-DR8C modules, bieden een duidelijk, laag-risico pad naar efficiëntere, hoogwaardige connectiviteit voor AI/ML-, HPC- en high-density enterprise-kernen.

Voor de meeste organisaties die de overgang naar 800G en 1,6T doorlopen, biedt LPO momenteel de optimale combinatie van prestaties, energie-efficiëntie, kosteneffectiviteit en operationele flexibiliteit.

Klaar om te ontdekken hoe optische transceivers met lage stroomverbruik en lage latentie (LPO) uw datacenternetwerk kunnen optimaliseren?

Bezoek de LINK-PP-website ➼

▶ Zie ook

Inzicht in de basisprincipes van de Common Public Radio Interface

Essentiële informatie over Power-over-Ethernet-technologie

Introductie van het LINK-PP-netwerk en zijn gemeenschap

Verkenning van PCBA als kern van moderne elektronica