Accelink USA：低功耗LPO、LRO及液冷光模块

一、AI光模块功耗挑战与低功耗技术探索

在AI领域迅猛发展的当下，光模块的需求呈现出指数级增长态势。然而，功耗问题却成为了亟待攻克的关键难题。在传统的可插拔光模块中，DSP模块，其中包含重定时器、均衡器等功能，大约占据了模块整体功耗的40%。为了应对这一挑战，业界积极投身于低功耗可插拔光模块技术的研究，主要聚焦于LPO（线性驱动光模块）、LRO（线性接收光模块）以及适配浸没式冷却的光模块方案。

二、LPO与LRO技术详解

（一）技术原理

- LPO（Linear Pluggable Optics）：该技术将DSP功能从光模块转移至ASIC芯片，移除了模块内的重定时和均衡功能。这一举措不仅显著降低了功耗，还减少了组件成本，同时降低了链路延迟，提升了系统的可靠性。

- LRO（Linear Receive Optics）：采用了混合架构，在发送端（Tx）保留重定时功能，接收端（Rx）则采用线性设计，以此来平衡功耗与性能。

（二）性能表现

1. 误码率（BER）测试

- 800G DR8光模块：基于64端口交换机进行测试，结果显示误码率低于3.1e-8，平均误码率为1.92e-10，这表明线性光模块在性能方面表现十分优异。

- 800G FR4光模块：针对短、中、长距离通道进行了测试，均展现出良好的误码率数据，平均BER为4.13e-10。

2. 功耗对比

通过实际测试发现，LPO（DR8）的功耗为9 pJ/bit，LRO（DR8）的功耗为11.3 pJ/bit，而传统DSP模块的功耗约为18 pJ/bit，相比之下，LPO功耗降低了约50%。

3. 系统级功耗优化

交换机的实测数据表明，在相同的风扇转速（50%、75%、100%）条件下，LPO模块相较于传统DSP模块，可使交换机的整体功耗降低约25%，并且模块温度降低约15°C，这显著提升了散热效率。Macom和Arista之前的报告也显示，移除DSP后，模块因工作温度降低，可靠性得到了显著提升，交换机级功耗可降低40%。

三、液冷光模块方案

（一）技术优势

- 能效提升：双相浸没式冷却相较于空气冷却，能够显著降低数据中心的PUE。光模块直接浸没于冷却液中，通过液体相变进行散热，进一步优化了系统级能效。

- 灵活性设计：采用MPO连接器接口，而非传统的尾纤方案。利用光学连接器的物理接触设计，如弹簧力密封，防止液体渗入。这种设计允许用户根据自身需求选择不同长度的跳线，简化了供应链管理，因为物料清单（BOM）仅需光模块和通用跳线。

（二）实测验证

- OFC 2025演示：基于Celestica DS 5000交换机搭建了浸没式测试平台，通过环回菊花链模拟网络负载。含DSP的光模块在50°C冷却液中运行时，可以看到沸腾气泡。采用MPO接口的可插拔模块实现了稳定的链路连接，表明链路可靠性优异。

（三）应用挑战与展望

目前，浸没式光模块的插拔操作仍建议在非浸没环境下进行，例如水箱外或隔离区域，以避免液体渗入光学路径。未来，需要进一步研究不同冷却液特性，如颗粒大小，对连接器密封性的影响，并探索标准化的插拔流程。

四、总结

- LPO/LRO技术：通过移除DSP功能，在功耗、延迟、成本和可靠性等方面实现了多重优化，非常适用于AI机器学习的低功耗需求。

- 液冷光模块：通过硬件设计创新，如MPO接口，与散热方案相结合，为数据中心能效提升提供了新的途径。未来，需要通过行业协同测试，如OCP标准适配，来验证其在多系统中的兼容性。