云智算光互连发展报告

背景与需求

• 全球算力需求爆发式增长，传统电互连技术瓶颈凸显。
• 光互连技术具有低损耗、高频率、抗干扰等优势，在带宽、距离、功耗、密度等方面具有压倒性优势。

智算中心光互连技术概述

• 新型可插拔模块
  • 线性可插拔光学（LPO）：去除 DSP 模块，降低功耗 30%~50%，保留可插拔形态。
  • 线性接收光学（LRO）：接收端去除 DSP，发送端保留重定时器，折中方案。
• 光电共封技术
  • 板上光学（OBO）：光引擎安装在主板上，降低信号驱动功耗。
  • 近封装光学（NPO）：光引擎靠近电芯片，避免高温影响，可维护性优势。
  • 共封装光学（CPO）：光引擎与电芯片共封装，集成度高，功耗低，但良率要求高。
  • 光输入/输出（OIO）：光互连集成到计算芯片封装内部，带宽高、延迟低、能效提升。
• 光交换
  • 光线路交换（OCS）：光域直接操控光信号路径，优势在于协议透明、低延迟、高能效，主流技术为 MEMS。
  • 光分组交换（OPS）：远期技术路线，全程光域处理，目前未实现工程化。
  • 光突发交换（OBS）：数据流分割成突发包，光域传输控制信令，尚未商业化。

智算场景下光互连技术的应用研究

• LPO 在 AIGC 算力网络中的应用：适用于短距离场景，如数据中心机柜内连接，降低能耗、成本，提升可维护性。
• CPO 交换机在智算场景下的应用：高吞吐量、低时延、低能耗，支持 800G GPU AI 芯片，实现 AIGC 组网方案。
• OCS 在 AI 集群参数面的应用：光交换机替代顶层电交换机，实现大规模弹性组网、平滑演进、绿色节能、高可靠。
• 光互连技术在 GPU 超节点的应用：分布式光交换（dOCS）芯片为核心，单个 GPU 具备交换功能，提升互连灵活性，盘活存量数据中心。

移动云在智算场景下的光互连应用展望

• Scale-Up 层面：短期采用铜缆配合 CPO 光纤互连，长期向端到端 CPO 互连演进，XPU 与光引擎合封是未来方向。
• Scale-Out 层面：考虑使用 OCS 替代 Super Spine，实现全光原生架构，支撑百万卡级智算集群。

产业生态与标准化

• 光电领域互连标准
  • CPO：国际标准包括 OIF CPO 工作组协议和 IPEC Form Factor 封装协议，国内标准包括 T/CESA 1266-2023 和 ELS 标准。
  • LPO：LPO MSA 发布了 100G-DR-LPO 规范，覆盖 100Gbps~800Gbps 以太网链路。
  • Chiplet：国内标准为 T/CESA 1248-2023，国际标准为 UCIe 3.0，涵盖物理层、协议栈、软件模型等。
• 光电领域交换标准与产业生态
  • 光交换标准：国际标准主要由 ITU-T 和 OIF 制定，国内标准主要由 CCSA 推动，ODCC 发布 AI 网络光交换机技术报告。
  • 光交换产业生态：OCP 成立 OCS 子项目，促进开放 OCS 技术协作。

发展趋势与发展建议

• 发展趋势
  • LPO 技术逐步商用化，NPO/CPO/OIO 技术不断缩短光引擎与算力芯片距离，OIO 长期来看将取代电互连。
  • OCS 作为下一代智算中心互连技术核心，发展趋势集中在软硬件协同控制、标准化建设和多技术路径竞争。
• 产业发展建议
  • LPO：短期推动 112G SerDes 部署，长期突破 224G SerDes 技术难题，制定标准化规范，建立联合实验室。
  • NPO/CPO/OIO：加速制定通用接口、封装尺寸及散热管理标准，推动应用落地，验证 OIO 应用效果。
  • OCS：短期试点应用，长期探索光分组交换潜力。