CPO กับ LPO: การเลือกเส้นทางที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อมต่อแบบออปติคัลในศูนย์ข้อมูลรุ่นถัดไป

ความต้องการที่ไม่หยุดยั้งสำหรับแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น ความหน่วงเวลาที่ต่ำลง และประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ (hyperscale data centers) และคลัสเตอร์ AI/ML กำลังผลักดันเทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบออปติคัลให้ถึงขีดจำกัด แสงแบบบูรณาการร่วมกับชิป (Co-Packaged Optics: CPO) และ ออปติคัลแบบเสียบได้เชิงเส้น (Linear Pluggable Optics: LPO). การเข้าใจความแตกต่างระหว่างทั้งสองชนิดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตัดสินใจเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานอย่างมีข้อมูล.

▶ การเข้าใจปัญหาหลัก: พลังงานและความซับซ้อน

โมดูลรับ-ส่งสัญญาณออปติกแบบเสียบได้ (Pluggable optical transceivers) (เช่น QSFP-DD และ OSFP) ได้เป็นโครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายศูนย์ข้อมูลมาโดยตลอด อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นถึงระดับ 800G และมุ่งสู่ 1.6T แล้ว โปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิทัล (DSP) ชิปประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSPs) ภายในโมดูลเหล่านี้

• การใช้พลังงานสูง: ชิป DSP ใช้พลังงานจำนวนมากในการปรับสภาพสัญญาณ (การชดเชยและการแก้ไขข้อผิดพลาด).

• เวลาแฝงเพิ่มขึ้น: การประมวลผลของ DSP เพิ่มความหน่วงเวลาเป็นนาโนวินาที.

• ต้นทุน: ชิป DSP ขั้นสูงมีราคาแพงและเพิ่มความซับซ้อน.

• การจัดการความร้อน: การกระจายความร้อนจาก DSP ภายในพื้นที่ขนาดเล็กของโมดูลเป็นเรื่องที่ท้าทาย.

CPO และ LPO แสดงถึงแนวทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกันเพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้.

▶ ออปติคัลแบบบรรจุร่วม (Co-Packaged Optics: CPO): การรวมระบบอย่างลึกซึ้ง

CPO
เปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมพื้นฐานโดยการย้ายเครื่องยนต์ออปติคัล ไอซีหลัก (ASIC) ของสวิตช์ ออกจากโมดูลแบบเสียบได้ และวางไว้ บนซับสเตรตหรือแพ็กเกจเดียวกันกับสวิตช์โฮสต์ วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน (Application-Specific Integrated Circuit: ASIC). ซึ่งทำให้อุปกรณ์ออปติคัลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ “ถูกบรรจุร่วมกัน”

• หลักการทำงาน: เครื่องยนต์ออปติคัลตั้งอยู่ใกล้กับไดเอลของ ASIC มาก ทำให้สัญญาณไฟฟ้าเดินทางระยะสั้นมากผ่านช่องทางที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ (เช่น Silicon Interposers) ซึ่งช่วยกำจัดความจำเป็นในการใช้ชิป DSP ที่ซับซ้อนและกินพลังงานสูงภายในเครื่องยนต์ออปติคัลเอง เนื่องจากปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณลดลงอย่างมากจากการเชื่อมต่อระยะสั้นเป็นพิเศษ.

• ข้อได้เปรียบหลัก:

  • ใช้พลังงานต่ำลงอย่างมีนัยสำคัญ: กำจัดพลังงานที่ใช้โดย DSP และเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางไฟฟ้าทั้งหมด.

  • ความหนาแน่นสูงขึ้น: ทำให้สามารถติดตั้งพอร์ตได้มากขึ้นต่อแผงหน้าของสวิตช์.

  • ความหนาแน่นของแบนด์วิดท์ที่อาจเกิดขึ้น: ช่วยให้สามารถรวมระบบได้อย่างแน่นหนาเพื่อรองรับแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่มาก.

  • ความหน่วงเวลาของระบบลดลง: เส้นทางไฟฟ้าสั้นลง และไม่มีความหน่วงจากกระบวนการประมวลผลของ DSP.

• ความท้าทายหลัก:

  • ความซับซ้อนและต้นทุน: ต้องมีการออกแบบใหม่ทั้งหมดสำหรับแพ็กเกจ ASIC ของสวิตช์ ต้องร่วมออกแบบอย่างซับซ้อนระหว่างอุปกรณ์ออปติกส์และอิเล็กทรอนิกส์ และต้องใช้กระบวนการผลิตขั้นสูง (เช่น ซิลิคอนโฟโตนิกส์) ค่าใช้จ่ายวิศวกรรมครั้งเดียว (NRE) สูงมาก.

  • การจัดการความร้อน: การรวม ASIC กำลังสูงกับอุปกรณ์ออปติกส์ จำเป็นต้องใช้โซลูชันระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อน.

  • ห่วงโซ่อุปทาน: ก่อให้เกิดการผูกขาดผู้ขายรายเดียวสำหรับชุดรวมของสวิตช์/ASIC/ออปติกส์.

  • การบำรุงรักษาในสถานที่: การเปลี่ยนอุปกรณ์ออปติกส์จำเป็นต้องถอดบอร์ดสวิตช์ทั้งแผง ทำให้ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานเพิ่มขึ้นและเสี่ยงต่อเวลาระบบหยุดทำงานมากขึ้น ไม่สามารถอัปเกรดอุปกรณ์ออปติกส์ได้อย่างอิสระ.

  • ความพร้อมใช้งาน: ยังคงอยู่ในระยะก่อนเชิงพาณิชย์/ก่อนมาตรฐานเป็นหลัก มีการสนับสนุนจากระบบนิเวศน์จำกัด.

▶ ออปติกส์แบบปลั๊กอินเชิงเส้น (LPO): ความเรียบง่ายในการปลั๊กอิน

LPO, บางครั้งเรียกว่า “การขับแบบเชิงเส้น” หรือ “การขับโดยตรง” ใช้วิธีการที่แตกต่างออกไป โดยยังคงรูปแบบปลั๊กอินที่คุ้นเคยและมีคุณค่าไว้ แต่ทำให้อุปกรณ์ออปติกส์เรียบง่ายลงอย่างมากด้วยการ ตัดหน่วยประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ออกทั้งหมด.

• หลักการทำงาน: โมดูล LPO ใช้ส่วนประกอบแบบ “เชิงเส้น” หรือ “ขับแบบอะนาล็อก” (TIA และไดรเวอร์ประสิทธิภาพสูงแบบเชิงเส้น) แทน DSP โดยพึ่งพาวงจรด้านอะนาล็อกหน้า (analog front-end) ที่ทรงพลังเพียงพอ และความสามารถในการประมวลผลสัญญาณขั้นสูงของ ASIC สวิตช์ฝั่งโฮสต์ เพื่อชดเชยความผิดเพี้ยนของสัญญาณที่เกิดขึ้นในช่องทางการส่ง ฝั่งโฮสต์. ซึ่งทำให้ภาระด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณย้ายจากโมดูลปลั๊กอินไปยังสวิตช์.

• ข้อได้เปรียบหลัก:

  • กำลังไฟต่อโมดูลต่ำลง: การตัด DSP ออกช่วยลดการใช้พลังงานของโมดูลลงประมาณ 50% เมื่อเทียบกับโมดูลแบบมี DSP.

  • ความหน่วงต่ำ: ตัดความหน่วงเวลาจากการประมวลผล DSP ภายในโมดูลออก.

  • ต้นทุนโมดูลต่ำลง: ตัดชิป DSP ที่มีราคาแพงออก.

  • ความร้อนจากโมดูลลดลง: การจัดการความร้อนภายในเคสปลั๊กอินทำได้ง่ายขึ้น.

  • ความสามารถในการปลั๊กอินและความยืดหยุ่น: รักษาประโยชน์สำคัญของอุปกรณ์ออปติกส์แบบปลั๊กอินไว้ — ความสามารถในการบำรุงรักษาในสถานที่ การอัปเกรดอย่างอิสระ ข้อตกลงผู้ผลิตหลายแหล่ง และความยืดหยุ่นในการออกแบบเครือข่าย เข้ากันได้กับรูปแบบที่มีอยู่แล้ว (QSFP-DD, OSFP).

  • ความพร้อมใช้งานและความพร้อมจำหน่าย: เทคโนโลยีนี้มีให้ใช้งานแล้ว ขณะนี้ (เช่น 400G, 800G) กำลังมีการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งานในระยะแรกแล้ว.

• ความท้าทายหลัก:

  • ขึ้นอยู่กับโฮสต์: ต้องใช้ชิป ASIC สำหรับสวิตช์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ โดยมีแอนะล็อกฟรอนต์เอนด์เชิงเส้นที่แข็งแรง และอาจมีความสามารถในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) และการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบล่วงหน้า (FEC) ที่ปรับปรุงแล้ว.

  • ข้อจำกัดด้านระยะทางการส่งสัญญาณ (Reach Limitations): มุ่งเน้นหลักไปยังระยะทางสั้นมากภายในแร็ก (SR) หรือระหว่างแร็กที่อยู่ติดกัน (DR) โดยทั่วไปคือ 100 เมตร ถึง 500 เมตร สำหรับไฟเบอร์แบบมัลติโหมด และสูงสุดถึง 2 กิโลเมตร สำหรับไฟเบอร์แบบซิงเกิลโหมด ไม่เหมาะสำหรับการส่งระยะไกล.

  • ประสิทธิภาพของลิงก์: อาจมีอัตราความผิดพลาดของบิต (BER) สูงกว่าโซลูชันที่ใช้ DSP เล็กน้อย โดยพึ่งพาการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบล่วงหน้า (FEC) ที่แข็งแกร่งเป็นหลัก ต้องอาศัยการออกแบบร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่าง ASIC กับโมดูล.

▶ การเปรียบเทียบโดยตรงระหว่าง CPO กับ LPO

คุณสมบัติ	แสงแบบบูรณาการร่วมกับชิป (Co-Packaged Optics: CPO)	ออปติคัลแบบเสียบได้เชิงเส้น (Linear Pluggable Optics: LPO)
สถาปัตยกรรม	ออปติกส์รวมเข้ากับ ASIC บนแพ็กเกจ/บอร์ด	โมดูลแบบปลั๊กอินที่ไม่มี DSP
การใช้พลังงาน	ต่ำที่สุด (การเพิ่มประสิทธิภาพในระดับระบบ)	ต่ำกว่า น้อยกว่าโมดูลที่ใช้ DSP (~50% น้อยลง)
ความหน่วงเวลา	ต่ำที่สุด (เส้นทางที่สั้นที่สุด)	ต่ำกว่า น้อยกว่าโมดูลที่ใช้ DSP (ไม่มี DSP ในโมดูล)
ต้นทุนโมดูล	ไม่ระบุ (ไม่แยกจากกัน)	ต่ำกว่า (ไม่มีชิป DSP)
ต้นทุนระบบ	สูงมาก (ต้องออกแบบใหม่ บรรจุภัณฑ์ซับซ้อน)	ปานกลาง (ใช้ประโยชน์จากระบบนิเวศโมดูลแบบปลั๊กอิน)
ความหนาแน่น	มีศักยภาพสูงสุด	คล้ายกับโมดูลแบบปลั๊กอินมาตรฐาน
ระยะทางการส่งสัญญาณ (Reach)	ระยะทางสั้นสุด (เซนติเมตร)	ระยะทางสั้น (SR: ~100 เมตร, DR: ~500 เมตร–2 กิโลเมตร)
ความสามารถในการบำรุงรักษาภาคสนาม	ความซับซ้อนในการผลิต (เปลี่ยนบอร์ดทั้งแผ่น)	ง่าย (โมดูลที่ถอด-ใส่ขณะทำงานได้)
ความยืดหยุ่นด้านผู้ขาย	ผูกขาด (โซลูชันจากผู้ขายรายเดียว)	สูง (ระบบนิเวศ MSA สำหรับโมดูลแบบปลั๊กอิน)
เส้นทางการอัปเกรด	ยาก (ต้องใช้ระบบใหม่)	ง่าย (เปลี่ยนโมดูล)
ความท้าทายด้านความร้อน	สูง (ASIC และออปติกส์รวมกัน)	ต่ำกว่า (ความร้อนกระจายทั่วโมดูลและสวิตช์)
ความพร้อมใช้งาน	กำลังเกิดขึ้น (อยู่ในขั้นก่อนเชิงพาณิชย์/วิจัยและพัฒนา)	มีจำหน่ายแล้วตอนนี้ (ส่งมอบ 400G, 800G แล้ว)
เหมาะสมที่สุดสำหรับ	คลัสเตอร์ AI/ML ในอนาคต ผู้ให้บริการขนาดใหญ่ที่สุด	ตำแหน่ง Top-of-Rack, Intra-Rack, Spine-Leaf ระยะสั้น

▶ LINK-PP และตัวส่งสัญญาณออปติกส์อยู่ในตำแหน่งใด?

สำหรับผู้ดำเนินการศูนย์ข้อมูลและสถาปนิกเครือข่ายที่ต้องการประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ และการใช้พลังงานต่ำ ตัวส่งสัญญาณแสง โซลูชัน ปัจจุบัน และในระยะใกล้ LPO เป็นทางเลือกที่น่าสนใจและใช้งานได้จริง. ลิงก์-พีพี อยู่แถวหน้าของการพัฒนาเทคโนโลยี LPO ที่เชื่อถือได้ และนำเสนอประโยชน์ที่จับต้องได้แล้วในตอนนี้.

• โซลูชัน LPO ที่มีจำหน่าย: ลิงก์-พีพี ให้คุณภาพสูง ออปติกส์แบบปลั๊กอินที่ขับเคลื่อนแบบเชิงเส้น, เช่น ซีรีส์ 800G-LPO ของเรา ออกแบบมาเพื่อความเข้ากันได้กับแพลตฟอร์มสวิตช์ชั้นนำที่รองรับ ASIC โฮสต์ที่พร้อมใช้งาน LPO โมดูลเหล่านี้มอบการประหยัดพลังงานและเวลาแฝงตามที่สัญญาไว้ พร้อมรักษาความสามารถในการถอด-ใส่ได้ (pluggability) ที่ผู้ดำเนินการจำเป็นต้องใช้ สำรวจผลิตภัณฑ์ในกลุ่มของเรา โมดูลออปติกที่มีความหน่วงต่ำ ออกแบบมาเพื่อเครือข่ายปัญญาประดิษฐ์รุ่นถัดไป.

• ข้อได้เปรียบของโมดูลแบบเสียบได้: การเลือก ทรานซีเวอร์ออปติก LINK-PP LPO หมายถึงการรักษาความยืดหยุ่น คุณสามารถติดตั้งโมดูลเหล่านี้ในพื้นที่เฉพาะที่มีความหนาแน่นสูงและไวต่อพลังงาน เช่น คลัสเตอร์เซิร์ฟเวอร์ AI/ML หรือเครือข่ายการซื้อขายความถี่สูง โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดของคุณ ต้องการอัปเกรดหรือเปลี่ยนโมดูลหรือไม่? ทำได้ง่ายมาก กำลังมองหา โซลูชันออปติกที่ใช้พลังงานต่ำ สำหรับจุดปลายทางแร็กของคุณหรือไม่? LPO ให้คำตอบ.

• การเตรียมความพร้อมสำหรับอนาคตด้วยโมดูลแบบเสียบได้: แม้ว่า CPO จะมีศักยภาพในระยะยาวสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะที่มีความหนาแน่นสูงสุด แต่รูปแบบโมดูลแบบเสียบได้ ซึ่ง LPO เป็นผู้นำ ช่วยคุ้มครองการลงทุน ให้ทางเลือกจากผู้ผลิตหลายราย และทำให้การย้ายเทคโนโลยีเป็นไปอย่างง่ายดาย. ลิงก์-พีพี ยังคงมุ่งมั่นพัฒนา เทคโนโลยีทรานซีเวอร์แบบเสียบได้ความเร็วสูง เช่น LPO เพื่อตอบสนองความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไป.

▶ การเปรียบเทียบระหว่าง CPO กับ LPO: ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา

การตัดสินใจของคุณขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของคุณ:

1. ระยะเวลา & ความเร่งด่วน: ต้องการโซลูชัน ขณะนี้ สำหรับการใช้งาน 800G/1.6T หรือไม่? LPO คือตัวเลือกเดียวที่ใช้งานได้จริงและมีจำหน่ายแล้ว. CPO ยังต้องใช้เวลาอีกหลายปีกว่าจะแพร่หลาย.

2. ขอบเขตการลดการใช้พลังงาน: หากเป้าหมายสูงสุดของคุณคือการลดการใช้พลังงาน ให้น้อยที่สุดโดยไม่คำนึงถึงต้นทุนหรือความซับซ้อน, และคุณดำเนินงานในระดับขนาดใหญ่ที่สุด ศักยภาพของ CPO มีน้ำหนักมาก แต่หากต้องการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ต่อโมดูลหนึ่งตัว พร้อมความซับซ้อนของระบบต่ำกว่า LPO คือผู้ชนะ.

3. ความยืดหยุ่นในการปฏิบัติงาน: ต้องการความสามารถในการบำรุงรักษาในสถานที่จริง ตัวเลือกจากแหล่งจัดหาหลายแห่ง และการอัปเกรดแบบค่อยเป็นค่อยไปหรือไม่? ความสามารถในการเสียบได้ของ LPO จึงจำเป็นอย่างยิ่ง. CPO ยอมสละคุณสมบัตินี้เพื่อการรวมระบบ.

4. ความต้องการระยะส่งสัญญาณ: สำหรับลิงก์ที่มีระยะทางเกิน ~2 กม. โมดูลแบบเสียบได้ที่ใช้ DSP ยังคงจำเป็นอยู่ LPO ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระยะสั้นภายในศูนย์ข้อมูล ในขณะที่ CPO ถูกจำกัดให้ใช้งานได้เฉพาะระยะสั้นมากเท่านั้น.

5. งบประมาณ & ความเต็มใจในการรับความเสี่ยง: LPO ใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานและห่วงโซ่อุปทานที่มีอยู่ จึงมีความเสี่ยงและต้นทุนต่ำกว่า ส่วน CPO ต้องลงทุนวิจัยและพัฒนามหาศาล และมีความเสี่ยงทางเทคนิคและทางการเงินสูง.

▶ สรุป: LPO – แนวทางที่เหมาะสมและเป็นจริงสำหรับทรานซีเวอร์ออปติกความเร็วสูง

การถกเถียงระหว่าง CPO กับ LPO ไม่ได้เกี่ยวกับเทคโนโลยีใดเทคโนโลยีหนึ่ง “ชนะ” อย่างเด็ดขาด แต่เป็นการเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับความท้าทายและกรอบเวลาเฉพาะ.

• CPO
  แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมในระยะยาวอย่างสิ้นเชิง ซึ่งมีศักยภาพสูงแต่ก็มาพร้อมกับความซับซ้อน ต้นทุน และความเสี่ยงสูงเช่นกัน นี่คือวิสัยทัศน์ในอนาคตสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการประสิทธิภาพสูงสุดและมีความเฉพาะทางมากที่สุด.

• LPO นำเสนอการพัฒนาอย่างปฏิวัติแต่ก็ใช้งานได้จริง ของตัวรับส่งสัญญาณแสงแบบปลั๊กอิน (pluggable optical transceivers). โดยการกำจัด DSP ออกอย่างชาญฉลาดและอาศัยความสามารถของ host ASIC จะทำให้ประหยัดพลังงานและลดความล่าช้าได้อย่างมีนัยสำคัญ ปัจจุบัน ขณะเดียวกันก็รักษาไว้ซึ่งประโยชน์ในการดำเนินงานและด้านการเงินที่สำคัญยิ่งของคุณสมบัติการปลั๊กอิน (pluggability) ซึ่งเป็นหัวใจของเครือข่ายศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่. โซลูชัน LPO ของ LINK-PP, เช่น LQD-M85400-SR4C และ LQD-M31800-DR8C โมดูลเหล่านี้มอบแนวทางที่ชัดเจนและมีความเสี่ยงต่ำในการเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพสูงและใช้พลังงานต่ำยิ่งขึ้นสำหรับแอปพลิเคชัน AI/ML, HPC และแกนกลางองค์กรแบบความหนาแน่นสูง.

สำหรับองค์กรส่วนใหญ่ที่กำลังก้าวผ่านการเปลี่ยนไปสู่ความเร็ว 800G และ 1.6T LPO มอบสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความคุ้มค่า และความยืดหยุ่นในการดำเนินงาน ซึ่งมีให้ใช้งานได้ทันทีในปัจจุบัน.

พร้อมที่จะสำรวจว่าตัวรับส่งสัญญาณแสงแบบ LPO ที่ใช้พลังงานต่ำและมีความล่าช้าน้อยจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายศูนย์ข้อมูลของคุณได้อย่างไรหรือยัง?

เยี่ยมชมเว็บไซต์ LINK-PP ➼

▶ ดูเพิ่มเติม

การทำความเข้าใจพื้นฐานของ Common Public Radio Interface

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับเทคโนโลยี Power Over Ethernet

แนะนำเครือข่าย LINK-PP และชุมชนของมัน

การสำรวจ PCBA ในฐานะแกนหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่