3/14/2022，光纖在線訊，Andreas(Andy) Bechtolsheim是IT行業(yè)的傳奇。他在斯坦福讀博士期間參與共同創(chuàng)辦了Sun微系統(tǒng)公司。他是谷歌最早的投資人之一。他是Granite系統(tǒng)公司的創(chuàng)辦人，后來這家公司賣給了思科。他是VMware, Mellanox, Brocade和Magma Design等公司的早期投資人。他最新的身份是Arista的共同創(chuàng)辦人和董事局主席。3月10日，Nextplatform網(wǎng)址編輯Timothy Prickett Morgan（TPM）發(fā)表了自己在OFC2022上與Andy關(guān)于硅光技術(shù)的對話。以下根據(jù)原文和雪球的翻譯整理。

當(dāng)前硅光CPO功耗比可插拔方案更高

考慮這個問題的最佳出發(fā)點是知道該技術(shù)是以降低功率為目的。換句話說，如果不是為了降低功耗，沒有人會談?wù)揅PO。顯然，合封確實是一種封裝技術(shù)——它不是一種新的光學(xué)技術(shù)，沒有新的波長，不是新的光學(xué)接口。它實際上是在落實現(xiàn)有的 IEEE 光學(xué)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且以更低的功率為目標(biāo)。與可插拔模塊相比，人們預(yù)測或想象使用CPO的功耗降低目標(biāo)是 20%。

現(xiàn)在，在我們深入研究功耗問題后，可以看到它們主要來自四個方面：一個是交換芯片和光器件之間的電接口帶來的，當(dāng)然，如果你把它做得更短，你就可以需要更少的功率；第二個是 DSP 芯片，它不會有太大變化，因為它是由光學(xué)方面要求驅(qū)動的；然后第三是激光器和光調(diào)制器自身的功耗。所有這些加起來就是模塊的總功率。

CPO減少了電通道長度，如果您有所謂的 XSR 通道，它是一個超低功率通道，與 VSR 通道相比，其長度只有幾厘米，它能夠驅(qū)動信號通過十英寸，這確實是省電的方案。但從來沒有人制造過具有 XSR 通道的交換芯片，因為它沒有市場。這是一個非常昂貴的設(shè)計，除非有投資回報，否則人們不會這樣做。因此，到今天為止，還沒有具有 XSR 通道的交換芯片。

在光學(xué)層面，除 Intel 之外的大多數(shù)方案都有外部激光源。如圖所示，這個方案相比可插拔器件需要四個額外連接器。此外，外部光源還要光分路器，然后是光纖中的偏振，這個問題很難完美，總是導(dǎo)致一些額外的損耗。

采用外部光源，需要額外3 dB的激光才能在IEEE 規(guī)范要求的接口上實現(xiàn)相同的 0dB 輸出，也就是要求激光功率翻倍。激光器在高溫下效率也會降低。這都意味著更高的功耗�？傊�，為實現(xiàn)同可插拔模塊相同的光輸出，你需要額外的功耗。因為外部激光器的問題，今天的CPO實際上比可插拔器件功耗更高。

事實上，激光器還會帶來其他問題。最壞的情況下，交換芯片處于高溫狀態(tài)，激光器的輸出功率達到500mw，也會在運行中變得很熱，它們的電輸入功率將超過 10 瓦。因此，激光器的負(fù)擔(dān)很重。還有的問題是連接器的污染問題可能會導(dǎo)致激光輸出傷害光纖端面。

那靠什么來降低功耗?

相比硅光，新的光學(xué)調(diào)制方可能更有希望。CPO的歷史與硅光技術(shù)密切相關(guān)，因為需要一種高效的制造技術(shù)將 16 個通道或 32 個通道放在單個芯片上，硅光正是這樣的技術(shù)。然而，硅光有一個大問題，那就是有一個高插入損耗的調(diào)制器。硅光的鏈路上有大約15dB的損耗。因此要想降低功耗，最好的技術(shù)其實不是硅光，而是較新的技術(shù)，包括薄膜鈮酸鋰和鈦酸鋇，還有人做有機調(diào)制器甚至石墨烯調(diào)制器。這些技術(shù)都比硅光更低功耗。硅光只是一種更經(jīng)濟有效，更容易制造的技術(shù)，而不是更低功耗的技術(shù)。

在 Arista，我們實際上已經(jīng)與一些主要供應(yīng)商合作，以 800 Gb/秒的速度構(gòu)建鈮酸鋰薄膜可插拔模塊，使用 8 通道 112G/波長，7 納米 DSP。

如今，與之競爭的硅光產(chǎn)品功耗在16瓦范圍內(nèi)，而采用相同 DSP的鈮酸鋰模塊為 12.8 瓦。使用 5 納米 DSP，我們預(yù)計常規(guī)硅光器件的功耗將降至 13.3 瓦，但鈮酸鋰模塊功耗將達到 10 瓦。這是一個令人難以置信的功率降低。

不幸的是，這種改進在CPO中要困難得多，因為鈮酸鋰調(diào)制器并不小。它比傳統(tǒng)的環(huán)形或 Mach-Zehnder 調(diào)制器大很多。因此，它不太適合CPO。但對于模塊這不是問題。但是將 32 個通道放入帶有 DSP 的 OIF 定義的尺寸中，仍然將非常具有挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在，還有其他有希望的事情即將出現(xiàn)。我上面提到的 BTO 調(diào)制器將具有更低的插入損耗，并且在將電能轉(zhuǎn)換為所需的調(diào)制光學(xué)效果方面具有更高的效率。所以也許他們可以達到更低的功率水平。他們在實驗室中有一些很有前途的早期演示，但還沒有完整的模塊可以讓我們對其進行測量；我們將在今年晚些時候或明年初擁有它。人們聲稱有機模塊效率更高，功耗更低，但同樣，這仍處于實驗室階段。鈮酸鋰調(diào)制器仍是原型，可能需要 18 個月或其他時間才能量產(chǎn)。

可以預(yù)見，我認(rèn)為人們會對這些新的調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生濃厚的興趣，因為它是降低功率的最簡單方法。我們認(rèn)為目前業(yè)界最有希望的行動就是專注于低功率調(diào)制。

CPO面臨的真正問題還在于，可插拔模塊不用靠近交換芯片，是解耦的，可以在需要的時候才部署，支持大批量制造。但在CPO的世界中，您幾乎必須提前兩年選擇要押注的技術(shù)。

從業(yè)務(wù)層面來看，當(dāng)前供應(yīng)鏈中幾乎每一環(huán)節(jié)都在競爭。不僅可插拔光模塊的供應(yīng)商有很多，在新技術(shù)領(lǐng)域也有競爭，押注鈦酸鋇調(diào)制器的公司不會押注鈮酸鋰。這些初創(chuàng)公司現(xiàn)在都很樂觀。但是問題是他們現(xiàn)在都不能量產(chǎn)。

功耗真的是個問題嗎？
今天有些客戶只關(guān)心成本。在節(jié)省功率方面，光器件或者光模塊帶來的節(jié)省是 20% 到 25%，但在數(shù)據(jù)中心級別，這是 1% 或更低。在包括服務(wù)器、存儲和交換機在內(nèi)的總功率中，光器件層面的節(jié)省并沒有那么大的驅(qū)動力。

但是，對于每個機架或每個數(shù)據(jù)中心空間來說，他們的功率容量有限。客戶通常沒有選擇也不能僅僅因為它們建于五年前而更換數(shù)據(jù)中心。這個功率容量限制，例如每個機架 2 千瓦。所以他們總是不得不保持低功耗。光器件的進步因此可以在這方面做出貢獻。有些人可能愿意支付額外費用來達到這一目標(biāo)。

就網(wǎng)絡(luò)的高級目標(biāo)而言，較低的功率是可取的。成本是一個單獨的問題，但人們想要低成本、低功率和高可靠性，但正如我所說，低功率與高可靠性齊頭并進，因為較低的激光功率已被證明是提高激光可靠性的最佳方式。

我認(rèn)為整個論點的癥結(jié)在于人們想要高可用性，他們想要低功耗，他們想要高帶寬，但最難的是可靠性。并且專注于可靠性，還有一個可維護性方面。使用可插拔模塊，這很容易。使用CPO，更換會非常昂貴，盡管外部激光源 (ELS) 是可插拔的，這解決了部分問題。但仍有 5% 的光學(xué)故障與 ELS 無關(guān)。如果您的系統(tǒng)中有 64 或 128 個ELS，它們可能會主導(dǎo)故障的次速。這不是一件令人高興的事情，因為我們不想因為光器件發(fā)生故障而退回交換機。

云廠商的態(tài)度是什么？

每個人都想要高可靠和低成本的解決方案。這里我們需要討論一個問題，那就是網(wǎng)絡(luò)成本與用量高度相關(guān)。沒有量，CPO永遠(yuǎn)不會比可插拔更具成本效益。如今可插拔模塊每年產(chǎn)量 1000 萬個以上，而CPO還在從零開始。所以問題是：CPO是否會量產(chǎn)，因為只有最終證明可靠、可制造且具有成本效益，才能實現(xiàn)量產(chǎn)。如果它更便宜，人們會注意的，對吧？但是今天，它并不便宜。需要大量數(shù)量才能變得更便宜。

四年前我曾預(yù)計超過 100Gb/秒的 SerDes 將非常具有挑戰(zhàn)性，但現(xiàn)在很明顯這不僅是可行的，而且會在 2025 年左右變成現(xiàn)實。這不會是CPO部署的轉(zhuǎn)折點。

但這里還有第二個問題，因為它與外部激光器有關(guān)，特別是與Ayar Labs 的環(huán)形調(diào)制器技術(shù)有關(guān)。該技術(shù)在較慢的速度下是最佳的，即使用 NRZ 編碼的 32 Gb/秒和 64 Gb/秒。它可能達到112G-PAM4，但我的理解是它無法輕松支持224G-PAM4，這意味著Ayar的技術(shù)本身無法解決高速I/O問題。當(dāng)然，使用反向gearbox總是有可能從 224 Gb/秒下降到 112 Gb/秒，但反向gearbox的功率或成本效率不高。

Broadcom 聲稱CPO可節(jié)省 50%成本，這是基于避免光 DSP 并使用交換 SerDes 直接驅(qū)動光器件。確實如此，但是您也可以使用可插拔模塊和合適的交換 SerDes 來做到這一點。

我們的堅定結(jié)論是，224 Gbps不會必然導(dǎo)致CPO。因此，除了降低功耗，CPO沒有其他的優(yōu)勢。但是但是你可以通過改變調(diào)制技術(shù)更容易地降低功耗。

原文鏈接
https://www.nextplatform.com/2022/03/10/talking-silicon-photonics-signal-and-noise-with-andy-bechtolsheim/