Обучение ИИ, логический вывод и высокопроизводительные вычисления приближают ёмкость коммутаторов к классу 51,2 Тбит/с и 102,4 Тбит/с. Одновременно с этим интерфейсы 800G и 1.6T увеличивают количество высокоскоростных оптических линий, развёрнутых внутри центров обработки данных. Проблема уже не только в пропускной способности. Потери электрического сигнала, энергопотребление модулей, охлаждение, плотность передней панели и обслуживание становятся системными проектными ограничениями.

Традиционные сменные оптические модули полагаются на относительно длинные электрические трассы на печатной плате между коммутационным кристаллом и модулями передней панели. Цифровые сигнальные процессоры компенсируют возникающее ухудшение сигнала, но эта компенсация добавляет энергопотребление и нагрев. Линейно-управляемые сменные оптические модули (LPO), оптические модули с размещением вблизи корпуса (NPO) и оптические модули, интегрированные в корпус (CPO), решают проблему, изменяя место выполнения оптического преобразования и последовательно укорачивая высокоскоростной электрический путь.

Эти архитектуры не следует рассматривать как простую последовательность, в которой одна технология немедленно заменяет другую. LPO делает акцент на совместимости и сниженном энергопотреблении, NPO приближает оптические двигатели к коммутационному кристаллу, сохраняя определённую степень заменяемости, а CPO нацелена на максимальную интеграцию и плотность пропускной способности. Их ценность зависит от создаваемой сети.

Почему традиционные сменные оптические модули достигают предела

В традиционной архитектуре коммутационный кристалл установлен на системной печатной плате, а оптические модули смонтированы на передней панели. Высокоскоростные электрические сигналы могут проходить десятки сантиметров по плате, прежде чем достигнут оптического модуля.

При скоростях электрической передачи 112G и 224G управление этими трассами становится всё более сложным. Более длинные пути вносят вносимые потери, перекрёстные помехи и искажения формы сигнала. Обычно используется DSP на стороне модуля для выравнивания и коррекции сигнала перед оптической передачей, что помогает поддерживать надёжную связь по электрическому каналу.

DSP решает важную проблему целостности сигнала, но также вносит вклад в три более общих системных ограничения.

Оптическая мощность становится проблемой системного уровня

При высокоплотных развёртываниях 800G и 1.6T мощность оптического интерфейса больше не является малой долей потребления коммутатора. Традиционный сменный модуль 800G DR8 может потреблять примерно 18–25 Вт на порт, а в плотной конфигурации оптические модули могут составлять почти 50% от общей мощности оборудования.

Для 64-портового коммутатора 800G заполнение каждого порта модулями из этого диапазона даёт только мощность оптических модулей примерно 1152–1600 Вт. Эта нагрузка имеет прямые последствия для источников питания, скорости вентиляторов, планирования воздушных потоков и охлаждающей способности на уровне стойки.

Длинные электрические каналы становится сложнее компенсировать

Выравнивание на основе DSP может корректировать многие искажения, но оно физически не укорачивает соединение на печатной плате. По мере роста скоростей интерфейсов электрические потери и перекрёстные помехи становится труднее контролировать, а дополнительная обработка сигнала может увеличивать энергопотребление и задержку, тогда как базовый канал остаётся длинным.

Плотность передней панели достигает физических пределов

Традиционные сменные модули занимают гнёзда на лицевой панели оборудования. С увеличением числа портов площадь передней панели становится ещё одним ограничивающим ресурсом. Концентрация большого количества мощных модулей на одной площади также создаёт сложные тепловые условия.

Три способа укоротить электрический путь

Существенное различие между тремя архитектурами — это расстояние между коммутационным кристаллом и оптическим преобразованием. Последовательное приближение оптики к коммутационному устройству сокращает электрический канал, по которому должны передаваться сверхвысокоскоростные сигналы.

Архитектура с линейным управлением и сменным модулем

LPO сохраняет привычный сменный формат передней панели, но удаляет DSP из оптического модуля. Функции линейной обработки сигнала смещаются в сторону коммутации, а модуль в основном сосредоточен на оптическом преобразовании и линейном усилении.

Упрощённый путь сигнала:

Коммутационный кристалл → Линейный драйвер → Сменное оптическое преобразование → Волокно

Ключевое преимущество — непрерывность эксплуатации. Оптический интерфейс остаётся сменным и может продолжать использовать устоявшиеся высокоплотные форм-факторы. Таким образом, операторы ЦОД могут снизить оптическую мощность без немедленного изменения всей модели обслуживания оборудования.

Оптические двигатели, размещённые вблизи корпуса

NPO использует более интегрированный подход. Вместо того чтобы сохранять функцию оптического преобразования на передней панели, оптический двигатель устанавливается на системную плату рядом с коммутационным кристаллом.

Электрический путь сигнала может быть сокращён до примерно 2–5 см:

Коммутационный кристалл → Соединение на PCB 2–5 см → Оптический двигатель, установленный на плате → Волокно

Архитектура, описанная в технических материалах, нацелена на потери электрического сигнала ниже 13 дБ и продолжает избегать обработки DSP на стороне модуля. Внешний лазерный источник обеспечивает оптическую мощность, а расположенный рядом оптический двигатель выполняет преобразование при передаче и приёме.

Поскольку оптический двигатель остаётся отдельным компонентом, NPO сохраняет более высокую степень ремонтопригодности по сравнению с полностью интегрированной в корпус конструкцией, достигая при этом большей интеграции, чем LPO.

Интеграция оптики на уровне кристалла

CPO перемещает оптический двигатель на ту же подложку корпуса, что и коммутационный кристалл. Вместо сантиметров разводки на PCB высокоскоростное электрическое соединение сокращается до миллиметрового масштаба.

Путь становится:

Коммутационный кристалл → Интегрированный в корпус оптический двигатель → Волокно

Этот подход устраняет большую часть длинного электрического соединения между коммутационным устройством и этапом оптического преобразования. Таким образом, он обеспечивает наибольший потенциал для высокой плотности пропускной способности, низкого энергопотребления и низких потерь на электрическом пути.

Платой за это является более тесная связь оптики и коммутационной платформы. Процедуры обслуживания, тепловое проектирование и планирование надёжности должны рассматриваться на уровне системы и корпуса, а не как каждый оптический интерфейс в виде независимого модуля передней панели.

Сравнение мощности, плотности и ремонтопригодности

Не существует единой оптимальной оптической архитектуры для каждого центра обработки данных. Меньшая мощность и более короткие электрические пути должны быть сбалансированы с обслуживанием, сложностью платформы, гибкостью развёртывания и зрелостью технологий.

LPO изменяет электронику модуля, сохраняя физическую модель работы традиционного сменного интерфейса. Это делает её относительно простой для внедрения в средах, где полевая замена по-прежнему важна.

NPO принимает более высокую системную интеграцию в обмен на значительно более короткий электрический путь. Поскольку оптический двигатель остаётся отдельным от коммутационного корпуса, он предлагает компромисс между электрической эффективностью и ремонтопригодностью.

CPO делает максимальный упор на интеграцию. Её ценность возрастает по мере роста плотности пропускной способности, когда сама электрическая связь становится доминирующим ограничением. Однако та же интеграция означает, что обслуживание нельзя планировать точно так же, как с оптикой на передней панели.

Где каждая архитектура лучше всего подходит

Наиболее эффективная стратегия развёртывания исходит из сценария ЦОД, а не из выбора наиболее интегрированной технологии по умолчанию.

Существующие объекты и кластеры логического вывода ИИ

LPO хорошо подходит для модернизации существующих ЦОД (brownfield), где требуется снижение энергопотребления, но операторы по-прежнему хотят привычный сменный интерфейс. Техническая дорожная карта позиционирует её для передачи на короткие и средние расстояния для 800G и 1.6T, включая кластеры логического вывода ИИ и существующие объекты с ограниченным запасом по охлаждению.

Такой тип развёртывания позволяет снизить нагрузку по мощности, связанную с обработкой DSP на стороне модуля, без немедленного перехода на оптику, устанавливаемую на плату или интегрированную в корпус.

Новые площадки среднего масштаба

NPO лучше сочетается с новыми конструкциями оборудования, где компоновка PCB может быть оптимизирована вокруг коротких электрических каналов. Она предназначена для соединений на уровне стойки или коротких расстояний для 800G и 1.6T, балансируя более высокую интеграцию с практическими требованиями обслуживания.

Для нового ЦОД ИИ (greenfield) эта архитектура позволяет проектировщикам систем укоротить электрический путь на этапе проектирования аппаратуры, а не постоянно компенсировать длинное соединение через переднюю панель.

Очень крупные обучающие сети

CPO позиционируется для очень больших кластеров ИИ и высокопроизводительных вычислений, где плотность пропускной способности и энергоэффективность становятся важнее традиционных процедур замены оптических модулей.

Начиная с 1.6T и выше, сокращение электрического пути до уровня корпуса становится всё более привлекательным. Архитектура особенно актуальна для сверхкоротких, высокоразветвлённых коммутационных систем в больших обучающих сетях, где тысячи ускорителей генерируют огромный трафик в направлении восток-запад.

Планирование поэтапной миграции

Модернизация оптической сети должна проектироваться с учётом энергетических бюджетов, жизненного цикла коммутаторов, процедур обслуживания и ожидаемой скорости интерфейса. Развёртывание наиболее интегрированной архитектуры повсеместно может создать ненужные затраты и сложность обслуживания.

Для действующего ЦОД поэтапный путь может начаться с выявления коммутаторов, где оптические модули потребляют большую долю мощности оборудования. Если платформа по-прежнему требует обслуживания через переднюю панель, подход с использованием сменных модулей меньшей мощности может стать самым практичным первым шагом.

Новые конструкции коммутаторов дают больше свободы. Перемещение оптического двигателя на печатную плату и размещение его в нескольких сантиметрах от коммутационного кристалла может снизить потери в электрическом канале до того, как они станут настолько серьёзными, что потребуют обширной компенсации.

Полностью интегрированная в корпус оптика становится более привлекательной, когда скорости интерфейсов, разветвлённость коммутаторов и тепловая плотность делают традиционные электрические пути через переднюю панель всё более трудными для поддержания.

Таким образом, практическая структура принятия решений может быть кратко сформулирована следующим образом:

• Используйте подход со сменным линейным драйвером, когда важны как снижение мощности, так и возможность замены в поле.

• Переместите оптику ближе к корпусу, когда новая платформа может поддерживать оптические двигатели на уровне платы и более короткие пути на PCB.

• Рассмотрите интеграцию в корпус, когда максимальная плотность пропускной способности и минимальная длина электрического пути становятся основными проектными ограничениями.

Гибридное развёртывание также разумно. Различные уровни коммутаторов, поколения оборудования и размеры кластеров могут использовать разные оптические архитектуры в рамках одной среды ЦОД.

Направление рынка до 2028 года

Технологическая дорожная карта указывает на постепенный переход, а не на единовременную замену.

LPO начала переход к крупнообъёмному внедрению с 2025 года. В течение 2026 года реализации 800G и 1.6T позиционируются для пакетного развёртывания в сценариях логического вывода ИИ и модернизации существующих ЦОД. Прогноз рынка, цитируемый в технических материалах, оценивает общий объём поставок LPO примерно в 3–4 миллиона единиц в 2026 году.

NPO следует более поздней кривой внедрения. Источник относит 1.6T NPO к этапу технической зрелости в 2026 году, ожидая небольших объёмов поставок во второй половине 2026 года и более масштабное развёртывание с 2027 года.

CPO имеет самый длинный цикл интеграции. Дорожная карта предполагает начальные пилотные поставки 1.6T примерно в конце 2026 года, за которыми последует более широкое коммерческое развёртывание в 2027–2028 годах. Для CPO следующего поколения 3.2T ожидается более широкое внедрение после 2028 года.

Результирующий паттерн развёртывания является дополнительным. В 2026–2027 годах ожидается, что LPO и NPO закроют значительную долю рынка 800G и 1.6T на коротких и средних расстояниях, особенно в сегменте модернизации существующих ЦОД и новых средних кластеров ИИ. После 2028 года CPO становится более актуальным для сверхкрупных обучающих сетей на скоростях 3.2T и выше.

Это не означает, что одна архитектура исчезает, когда масштабируется другая. Разные уровни интеграции решают разные эксплуатационные проблемы, поэтому несколько подходов могут оставаться активными на протяжении поколений ЦОД.

Заключительные замечания

Переход от традиционных сменных модулей к LPO, NPO и CPO является, по сути, ответом на проблему электрических соединений, вызванную быстрым ростом оптической пропускной способности.

При ёмкости коммутаторов 51,2 Тбит/с и 102,4 Тбит/с конструкция, основанная на длинных трассах PCB, компенсации DSP и большом количестве мощных модулей на передней панели, оказывает всё большее давление на электропитание, охлаждение и физическую плотность. Укорачивание электрического пути меняет этот баланс.

LPO предлагает наименее разрушительный путь, сохраняя сменный интерфейс и упрощая обработку сигнала на стороне модуля. NPO приближает оптический двигатель на расстояние нескольких сантиметров от коммутационного кристалла, улучшая электрическую эффективность и сохраняя некоторую заменяемость. CPO помещает оптику на ту же подложку корпуса, нацеливаясь на максимальную плотность пропускной способности и минимальные потери на электрическом пути.

Таким образом, подходящее решение зависит от того, на каком этапе жизненного цикла находится сеть. Существующие ЦОД могут отдавать приоритет совместимости и ремонтопригодности, новые площадки ИИ могут оптимизировать интеграцию на уровне плат, а будущие сверхплотные системы обучения могут потребовать интеграции оптики на уровне корпуса. Рассмотрение этих архитектур как дополняющих друг друга вариантов, а не универсальных замен, даёт более практичный путь к сетям 800G, 1.6T и будущим 3.2T.

Часто задаваемые вопросы

Может ли LPO по-прежнему использовать стандартные сменные оптические форм-факторы?

Да. Архитектура, описанная в технических материалах, сохраняет стандартные сменные форматы, такие как QSFP-DD и OSFP. Основное изменение — это удаление обработки DSP на стороне модуля, а не отказ от сменного физического интерфейса.

Требует ли NPO постоянного крепления оптического двигателя к корпусу коммутатора?

Нет. В описанной архитектуре NPO оптический двигатель устанавливается на системную плату рядом с коммутационным кристаллом и может оставаться независимо заменяемым. Это одно из главных отличий между интеграцией у корпуса и полностью интегрированной в корпус.

Какую роль играет внешний лазерный источник в оптике, размещённой у корпуса?

Реализация NPO, описанная здесь, использует независимый внешний лазерный источник (ELS) для обеспечения оптической мощности, в то время как оптический двигатель, установленный на плате, выполняет оптическую передачу и приём.

Почему удаление DSP из модуля требует большего внимания к проектированию хоста?

Когда обработка сигнала на стороне модуля уменьшается или удаляется, качество электрического канала становится более зависимым от возможностей коммутационного кристалла, компоновки PCB и общей реализации хоста. Таким образом, меньшая сложность модуля придаёт большее значение инженерным решениям по целостности сигнала на системном уровне.