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最近特别火的XPO,到底是个啥?

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继CPO、NPO、LPO之后,光通信行业又有了新的热点——XPO。

2026年3月11日,光通信行业名企Arista Networks联合超过45家行业企业,发布白皮书,提出了一种全新的可插拔光模块标准——XPO。


《XPO:重新定义AI网络的可插拔光模块》白皮书

几天后,3月17-19日,素有 行业“技术风向标”之称的OFC( 全球光纤通信大会)在美国召开。在会上, TeraHop、新易盛、Coherent、华工正源、光迅科技、剑桥科技、Amphenol等厂商,纷纷展示了各自的XPO方案,吸引了大量观众围观。

XPO,一跃成为行业热门话题,也成为资本市场的关注焦点。

那么,到底什么是XPO?它和CPO/NPO有什么区别,又会带来哪些优势?

█什么是XPO

XPO的英文全称,叫做eXtra-dense Pluggable Optics,超高密度可插拔光学。其实就是一种光模块方案。


XPO光模块外观(正面及背面)

注意,有8个MPO光接口

XPO拥有64条200Gbps PAM4高速电气通道,单模块带宽达到12.8Tbps,是传统1.6Tbps OSFP(八通道小型可插拔)光模块的8倍。未来,采用400Gbps信号(已有明确的路径图),XPO的单模块带宽更可以达到25.6Tbps。


XPO ×1 = OSFP ×8

XPO的模块尺寸是60.8mm×111.8mm×21.3mm,模块宽度是OSFP的2.7倍。

带宽×8,面板面积×2.7。换算一下,XPO的整个前面板带宽密度,大约提升了4倍。

OSFP模块,开放机架1U的空间,最多塞入32个模块,达到51.2Tbps交换容量。

而XPO模块,开放机架1U的空间,能塞入16个模块,但交换容量却能达到204.8Tbps,是OSFP的4倍。


这更意味着,客户在构建大型智算中心时,交换机机柜的数量缩减75%。这将大量减少机房占地面积,降低场地租金以及基础设施建设成本(包括配电、管道和安装费用)。

例如,一个400MW的十万卡级智算中心(128000块GPU),如果使用OSFP模块,需要约1408个交换机机架。而使用XPO模块,只需要352个机架。



高密度的交换端口,也有利于构建层级更少的组网(Scale Out,横向扩展),减少数据传输跳数,并降低延迟。

█XPO的架构特点

那么,XPO为什么能实现这么高的集成密度呢?

答案就在XPO的结构设计上。

  • 液冷散热

Arista公司将XPO的架构称之为“Belly-to-Belly(肚皮对肚皮)”。

XPO没有采用传统的单PCB布局,而是设计了两块独立的32通道PCB板(桨板),中间夹着一块液冷冷板,有点像“奥利奥饼干”。


PCB上的高功率发热元件,例如发射线路、激光驱动器、DSP数字信号处理器,安装在面向冷板的内侧(热面)。低功率元件,例如接收线路和控制逻辑,安装在外侧(冷面)。

液冷冷板,通过直接接触的方式,为上下两块PCB提供散热。


根据数据显示,XPO的液冷冷板可以扛住超过400W的模块功耗。如果使用40-45°C温水液冷,XPO可以实现比气冷方案低20-25°C的降温效果。

同时,冷却液的温度变化平缓,大幅降低了热应力。两大因素共同作用,能够显著降低元件的故障率。

XPO模块尾部的两根金属棒,是盲插快速断开连接器,用于冷却液的进和出:


连接器具有500次插拔循环设计寿命,而且防漏。它可以直接与主机系统的冷却歧管整合,让模块插拔非常轻松。

连接器的流量也支持动态调节,0.25~0.7升/分钟,根据模块功耗自动适配。

采用液冷,也需要关注利用率。

通常来说,当机架的功率密度超过120kW时,采用液冷是更加划算的。如果采用OSFP,交换机架的功率密度大概只有32kW,液冷利用率不足。如果采用XPO,功率密度约为128kW,可以充分利用液冷的冷却能力,摊薄液冷、供电等基础设施的资本投入。

  • 释放拉片

XPO模组上有一个非常醒目的扳手:


这是机械弹射架构的释放拉片。XPO的高速电气触点很多,插拔需要很大的力量。

基于这个释放拉片设计,可以提供1:11的机械杠杆作用,使操作人员能够在不使用专用工具的情况下插拔XPO模块,同时确保数百个信号引脚的可靠电气接触。

  • 大电压小电流

在电流方面,XPO也有改进。

传统可插拔光模块使用3.3V DC直流输入。对于高功率光模块来说,电流会很高(功率=电压×电流)。例如,一个400W的光模块,在3.3V电压下,电流会超过120A。

这就需要物理上很大的电源连接器和厚重的铜走线,存在很多限制。

XPO直接从机架母线引入46-53V(标称48-50V)DC直流输入,然后在光模块的桨板上做48V转3.3V的转换。相同的400W光模块,所需的电流降低到不到10A。


这样一来,电流需求大幅降低,电源连接器可以做得更小,主板上那些笨重的、按最坏情况配置的稳压器也不需要了。

将电压转换功能从主板迁移至XPO模块内部,可以大幅减少主板所需的组件数量,进而提升交换机系统的整体可靠性(电压调节器如果发生故障,仅影响单个模块,不会中断整个交换机)。

  • 干净线性通道

XPO架构在设计的时候,非常注重消除信号串扰。

它把发射和接收信号严格分离到桨板的两侧,实现所谓的“干净线性通道”,最小化串扰,并最大化信号完整性。

高速信号和电源/控制信号(I2C/I3C、复位、中断等)完全物理隔离。低速信号全都走独立的专用卡边连接器,防止电源噪声影响高速数据通道。

  • 生态复用

XPO模块在生态上也有优势。它可以直接沿用现有硅光和光学元件,无需重新开发芯片,有利于快速产业化。

XPO的转接卡面积很大,设计空间很充裕。它可以支持当前已存在或正在开发中的任何光模块方案,包括1600G-DR、FR、LR、SR、ZR、ZR+、Coherent-Lite等等。

█XPO的技术挑战

XPO优点很多,但也有缺点。

一方面,XPO的功耗太高。为了达到12.8T的速率,XPO的功耗飙升到了400W左右。作为对比,目前主流的1.6T模块功耗约25W,按比例算,XPO的总功耗是16倍,单位功耗是2倍(带宽是8倍)。CPO的话,功耗能下降70%。

另一方面,XPO依赖原生集成液冷系统。这对部署条件提出了要求,也带来了设计、可靠性和成本方面的挑战。

第三,相比NPO和CPO,XPO 将光引擎放在了PCB板边,离交换芯片更远, 电气路径更长, 信号损耗更大。为了维持信号质量,SerDes(串行器/解串器)功耗也会增加。

第四,XPO对PCB主板材料要求更高。为了驱动长距离的高速信号,XPO必须使用超低损耗的PCB材料。这会增加制造成本。PCB面积增加,也需要考虑强度和刚度问题。PCB上金手指区域触点很多很密集,需要考虑精度控制、横向翘曲、材料膨胀系数等问题。

█如何看待XPO

总的来说,XPO的核心优势,就是在可插拔的基础上,实现了超高密度、超大带宽。

它凭借架构上的巧妙设计,很好地解决了散热和可靠性问题。在产业生态和工程化方面,也有一定的优势。

一直以来,业界都普遍认为,只有CPO(光引擎和交换芯片封装在一起,不可插拔)这种高度整合的方案,才能实现“带宽提升+功耗可控”。


来源:中金研究院

但云厂商运维团队对于CPO并不买账。他们认为,CPO不能灵活替换光模块,如果坏了,就要整个主板换掉,不仅费事,也费钱。

XPO,其实就是妥协的产物。通过一些设计改进,勉强可以满足“带宽提升+可插拔”的需求,代价就是功耗更大。

事实证明,这种妥协还是很受行业欢迎的。

Arista能够在短时间内就拉来了45家企业(包括光学模块制造商、硅芯片供应商、连接器厂商、系统集成商、云服务提供商) ,共同组建XPO MSA(多源协议组织),就说明了大家都认可这个方案。


部分XPO MSA联盟成员

XPO走技术开放路线,也是正确的选择,非常容易形成生态,加速技术的成熟和规模化普及,也不用担心技术被某一家企业所垄断。

传统的可插拔光模块,到了800G和1.6T级别,已经是极致了。到3.2T级别,理论上还是要依赖于CPO。但CPO这种共封装,对工艺要求更高,量产难度大,良品率低,成本更高。

从短期来看,采用XPO或NPO进行过渡,是一个非常不错的选择。XPO采用可插拔架构,可以帮助云厂商迅速提升数据中心的单端口带宽,还能节约不少成本。

目前,业界普遍认为,CPO是长期的必然趋势,但XPO/NPO是中期的现实妥协。至于XPO到底能不能被市场所接受,究竟有多久的生命周期,仍有待进一步观察。

参考文献:

1、 《XPO:重新定义AI网络的可插拔光模块》白皮书,Arista;

2、《 XPO横空出世,12.8Tbps液冷光模块来了!》,云深知网络;

3、《 Arista XPO白皮书解析》,傅里叶的猫;

4、各企业官网、OFC官网。

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