在數(shù)字經(jīng)濟與 AI 技術(shù)飛速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)中心作為算力樞紐正面臨著高性能與低功耗的雙重訴求。傳統(tǒng)光互聯(lián)方案雖支撐了數(shù)據(jù)中心的規(guī)模化發(fā)展，但在功耗、成本與延遲方面的瓶頸日益凸顯。在此背景下，線性可插拔光學(xué)器件（Linear Pluggable Optics , LPO）憑借其創(chuàng)新性設(shè)計，成為破解數(shù)據(jù)中心能效困境的關(guān)鍵技術(shù)。

本文將從技術(shù)原理、核心優(yōu)勢、挑戰(zhàn)應(yīng)對及驗證方案等維度，全面解析 LPO 技術(shù)的革新價值。

LPO并非對傳統(tǒng)可插拔收發(fā)器的顛覆，而是在繼承其可插拔靈活性的基礎(chǔ)上，通過架構(gòu)精簡實現(xiàn)的效能躍升。其最核心的技術(shù)特征是移除了傳統(tǒng)收發(fā)器中負責(zé)信號再生的 DSP芯片。

傳統(tǒng)收發(fā)器依賴 DSP 在發(fā)送端和接收端對信號進行重定時、均衡等復(fù)雜處理，相當于給信號傳輸加裝了“全程護航的信號修復(fù)站”。這種設(shè)計雖能提升信號抗干擾能力，但也帶來了額外的功耗、成本與延遲。LPO 則大膽簡化鏈路，僅保留模擬驅(qū)動電路（Driver）和跨阻放大器（TIAK）等核心模擬組件，將信號處理的重任轉(zhuǎn)移給主機端的交換機 ASIC，實現(xiàn)了“輕裝上陣”的設(shè)計理念。

圖 1 ：數(shù)據(jù)中心光互連架構(gòu)示意

這種 “無 DSP” 架構(gòu)并非技術(shù)倒退，而是基于數(shù)據(jù)中心短距互聯(lián)場景（通常 0~2km）的精準優(yōu)化。在這類場景中，信道損耗相對可控，主機端的先進均衡技術(shù)足以彌補信號傳輸中的失真，從而讓 LPO 在犧牲部分復(fù)雜處理能力的同時，換取能效與成本的顯著優(yōu)勢。

LPO重新定義光互聯(lián)效能標準

功耗降低 50%

在 800G 速率下，LPO 模塊的功耗較同速率的重定時模塊降低 50% 以上，這一數(shù)字背后是數(shù)據(jù)中心能效的革命性提升。傳統(tǒng)重定時模塊的 DSP 芯片是主要功耗來源，其復(fù)雜的數(shù)字信號處理過程需要持續(xù)的電力輸入。LPO 移除 DSP 后，功耗水平降至約 7pJ/bit，而全重定時模塊通常為 17pJ/bit，半重定時模塊約 12pJ/bit。

圖2：全重定時、半重定時和LPO模塊結(jié)構(gòu)框圖

對于擁有數(shù)十萬臺服務(wù)器的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，這種功耗優(yōu)勢將轉(zhuǎn)化為巨大的能源成本節(jié)約和碳減排效益。以一個部署 10 萬臺服務(wù)器的 AI 集群為例，僅光互聯(lián)模塊的年耗電量就可減少數(shù)百萬度，相當于數(shù)千戶家庭的年用電量，為“綠色算力”目標提供了堅實支撐。

模塊類型

核心特點

功耗效率

適用場景

全重定時模塊

收發(fā)兩端均有重定時電路，信號處理能力強

~17pJ/bit

高信道損耗場景，對功耗不敏感的連接

半重定時模塊

發(fā)射端有重定時電路，接收端無

~12pJ/bit

中等信道損耗，功耗需求適中的場景

LPO 模塊

無重定時電路，僅保留模擬驅(qū)動和 TIA

~7pJ/bit

短中距離互聯(lián)，對功耗和延遲敏感的場景（如數(shù)據(jù)中心內(nèi)部）

成本降低 10%

LPO 模塊的成本較再定時模塊低 10%，這一成本優(yōu)勢源于硬件的簡化 —— 移除高成本的 DSP 芯片后，模塊的物料清單成本顯著降低。在 AI 集群規(guī)模化擴張的背景下，這種成本優(yōu)勢將被放大：一個包含 1 萬臺服務(wù)器的集群，僅光模塊采購成本就可節(jié)省數(shù)十萬美元。

更重要的是，LPO 的低成本優(yōu)勢并未以犧牲兼容性為代價。它保持了傳統(tǒng)可插拔收發(fā)器的外形規(guī)格（如 QSFP-DD、OSFP），可直接適配現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的機架與接口，企業(yè)無需為升級 LPO 而大規(guī)模改造基礎(chǔ)設(shè)施，進一步降低了部署門檻。

延遲降低 10%

在 50 米光纖鏈路上，LPO 模塊可將整體延遲減少 10%，這一提升對大型 AI 集群的效率至關(guān)重要。傳統(tǒng)模塊中，DSP 芯片的信號再生過程會引入額外的處理延遲，而 LPO 通過移除 DSP，實現(xiàn)了“信號直達”的傳輸路徑。

對于依賴分布式訓(xùn)練的 AI 大模型而言，節(jié)點間的通信延遲直接影響訓(xùn)練效率。延遲每降低 10%，意味著集群的同步速度提升、訓(xùn)練周期縮短。例如，一個需要數(shù)周訓(xùn)練的千億參數(shù)模型，可能因 LPO 的延遲優(yōu)化而節(jié)省數(shù)天時間，顯著提升研發(fā)效率。這種“隱形加速”能力，讓 LPO 成為 AI 基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵賦能技術(shù)。

移除 DSP 帶來的技術(shù)考驗

移除 DSP 芯片雖帶來顯著優(yōu)勢，但也給 LPO 的實際應(yīng)用帶來了新的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在性能要求與互操作性兩個維度。

性能挑戰(zhàn)：

對主機信號完整性的極致要求

沒有了 DSP 芯片的 “信號修復(fù)” 能力，LPO 模塊對主機收發(fā)器的信號完整性提出了更高要求。在發(fā)送端，主機需要直接驅(qū)動光調(diào)制器或激光器（例如 VCSEL、EML），輸出信號質(zhì)量必須足夠好，以抵御傳輸過程中的損耗與噪聲；在接收端，LPO 模塊需直接接收經(jīng)過長距離傳輸后可能已高度失真、嘈雜的信號，這對主機端的均衡技術(shù)（如 FIR 濾波器、CTLE）是極大考驗。

具體而言，主機通道的損耗特性、噪聲水平、串擾控制都會直接影響 LPO 的傳輸性能。除此以外，單模和多模LPO模塊的信號以及光纖信道特性也各不相同，需要主機端具備自適應(yīng)的均衡能力，才能確保 LPO 模塊在不同場景下均能穩(wěn)定工作。

圖3：LPO模塊和重定時模塊的接口規(guī)范適配

互操作性挑戰(zhàn)：

標準化與測試的重要性

DSP 芯片在傳統(tǒng)模塊中扮演著 “守門人” 的角色，其強大的信號處理能力可一定程度上掩蓋不同廠商設(shè)備間的兼容性差異。而 LPO 移除 DSP 后，主機與模塊、模塊與模塊之間的互操作性問題變得更為突出 —— 任何一方的信號特性偏離標準，都可能導(dǎo)致通信失敗。

這一挑戰(zhàn)倒逼行業(yè)加速標準化進程，并建立嚴格的測試驗證體系。不同供應(yīng)商的主機（如交換機 ASIC）和 LPO 模塊必須遵循統(tǒng)一的接口規(guī)范和性能指標，才能實現(xiàn) “即插即用” 的無縫集成。因此，新的測試流程、驗證方法和參數(shù)要求（如 EECQ、CEEQ）成為 LPO 生態(tài)成熟的關(guān)鍵支撐。

標準與生態(tài)的共同推進

LPO 技術(shù)的成熟離不開行業(yè)標準的支撐，就像 “交通系統(tǒng)” 需要統(tǒng)一的 “交通規(guī)則”。目前，LPO 的標準體系正在快速完善：

OIF-CEI-112G-LINEAR標準：

已正式定稿，為 112G 速率的 LPO 產(chǎn)品提供了統(tǒng)一規(guī)范，就像 “基礎(chǔ)交通法” 的出臺，明確了核心技術(shù)要求。

LPO MSA（多源協(xié)議）：

1.0 版本于2025年3月發(fā)布，進一步統(tǒng)一了接口規(guī)范，確保不同廠商的 LPO 模塊和主機可以互聯(lián)互通，就像統(tǒng)一 “充電接口標準”，讓不同品牌設(shè)備兼容。

下一代標準演進：

OIF-CEI 224G 線性標準已進入提案階段，未來 LPO 將支持更高帶寬，就像“從雙向兩車道升級為雙向四車道”，滿足更大的數(shù)據(jù)流量需求。

面對 LPO 的技術(shù)挑戰(zhàn)，是德科技通過深度參與標準化活動，結(jié)合自身在高速信號測試領(lǐng)域的技術(shù)積累，方案不僅能覆蓋 OIF-CEI-112G-LINEAR 標準的全部測試要求，還支持 LPO MSA 規(guī)范的前瞻性驗證。通過 “信號生成 - 傳輸 - 測量 - 分析” 的全流程自動化測試，大幅提升了測試效率，幫助廠商快速驗證產(chǎn)品兼容性。

是德科技 LPO 測試 “工具箱”：從設(shè)備到方案

為了應(yīng)對 LPO 測試的復(fù)雜性，Keysight 推出了全套測試解決方案，涵蓋硬件設(shè)備和軟件工具。

核心測試設(shè)備

高性能示波器

如 N1092x 系列（集成 64GBd光CDR）和 N1000A+N1060A（85GHz 電帶寬，集成64GBd電CDR），可捕捉高速信號的細節(jié)，測量光眼圖TDECQ、OER、OOMA，以及電眼圖VMA、EECQ、Ceeq 等指標。

誤碼率測試儀（BERT）

M8050A 是 “接收機壓力容限測試專家”，集成了抖動和噪聲注入、碼間干擾調(diào)節(jié)、非線性失真調(diào)節(jié)等功能，能生成帶噪聲、失真的壓信號，精準測量接收機誤碼率極限性能。

光參考發(fā)射機

N7718C 用于模擬穩(wěn)定的光信號源，可以產(chǎn)生高達120GBd以上符號率的NRZ、PAM4、PAM6、PAM8等格式的光信號，輔助模塊輸入測試。

軟件工具

FlexDCA（N1010A）是 “數(shù)據(jù)分析大腦”，支持 EECQ 等新型指標的計算，還能自動優(yōu)化均衡器參數(shù)，提高測試效率。

是德科技通過 “硬件設(shè)備 + 軟件算法” 協(xié)同，為 LPO 接口的設(shè)計、生產(chǎn)、驗證提供了完整的測試閉環(huán)，解決了 LPO 高速通信場景下的信號質(zhì)量驗證難題，覆蓋從電信號處理到光信號傳輸?shù)娜溌窚y試，保障高速光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，幫助企業(yè)實現(xiàn)：

?確保 LPO 模塊符合 IEEE 802.3bs/cd、OIF-CEI-112G-LINEAR 等行業(yè)標準；

?提前發(fā)現(xiàn)信號衰減、抖動、誤碼等問題，加速產(chǎn)品研發(fā)與兼容性驗證；

?支撐 100G/400G/800G 等高速光模塊的測試需求，適配智算數(shù)據(jù)中心、5G 基站等場景。

圖4：是德科技LPO接口驗證與測試解決方案示意

是德科技的 LPO 模塊驗證方案核心配置包括：

M8050A 誤碼率測試儀（BERT）：

作為“信號源”，可模擬支持 LPO 的主機發(fā)射機，生成符合標準的 PRBS 圖案信號（如 PRBS13Q、PRBS31Q），并能施加可控的壓力信號（如幅度調(diào)整、抖動注入），精準模擬不同質(zhì)量的主機輸出信號。

N7718C 光參考發(fā)射機：

與 M8050A 配合生成光壓力信號，該信號可模擬真實光纖鏈路中的損耗、抖動和噪聲特性，注入到 LPO 模塊中以測試其接收性能。

采樣示波器（如N1000A+N1060A、N1092x）：

作為參考接收機，用于捕獲 LPO 模塊的電和光輸出信號，精準測量 LPO 特有的關(guān)鍵指標，包括 EECQ（PAM4電眼圖閉合）、VMA（電壓調(diào)制幅度）、Ceeq（均衡器電噪聲增益）等，評估信號質(zhì)量。

支持 LPO 的誤碼檢測儀（如 M8050A 集成M8043A模塊）：

連接 LPO 模塊的輸出端，實時測量誤碼率（BER）和 FEC 統(tǒng)計數(shù)據(jù)（如 FLR、誤碼分布統(tǒng)計），驗證模塊在不同信號壓力條件下的接收可靠性。

ISI 測試板：

通過模擬短、中、長距離的主機通道特性（如損耗、反射），幫助驗證 LPO 模塊在不同傳輸距離下的適應(yīng)能力，確保模塊在多樣化場景中均可穩(wěn)定工作。

值得注意的是，方案中的大部分設(shè)備（如 M8050A、N1000A）均支持 200G 速率測試，不僅能滿足當前 112G LPO 的驗證需求，還可無縫擴展至下一代 224G LPO 模塊的設(shè)計與驗證，幫助企業(yè)提前布局更高帶寬的技術(shù)演進。

關(guān)于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創(chuàng)新者，助力他們將改變世界的技術(shù)帶入生活。作為一家標準普爾 500 指數(shù)公司，我們提供先進的設(shè)計、仿真和測試解決方案，旨在幫助工程師在整個產(chǎn)品生命周期中更快地完成開發(fā)和部署，同時控制好風(fēng)險。我們的客戶遍及全球通信、工業(yè)自動化、航空航天與國防、汽車、半導(dǎo)體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個安全互聯(lián)的世界。