今年的OFC 2023, linear drive的概念大放異彩、非常火爆。無(wú)論是Arista的大會(huì)報(bào)告，還是各大電芯片廠商后續(xù)的反饋及相關(guān)產(chǎn)品的推出，linear drive pluggable optics(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LPO)正在穩(wěn)步地產(chǎn)品落地中。小豆芽這里收集了一些相關(guān)資料，理解下linear drive的概念，供大家參考。涉及到電路相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，如果表述不嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，還請(qǐng)大家多多指正。

當(dāng)前的高速光模塊中，通常會(huì)引入DSP芯片，對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，其主要功能包括：1)ADC/DAC, 2)FEC, 3)retiming, 4)reshaping, 5) adaptive-equalizer 等，如下圖所示，

(圖片來(lái)自https://www.fibermall.com/blog/400g-qsfp-dd-aoc-pam4-dsp.htm)

DSP雖然功能非常強(qiáng)大，但也帶來(lái)了很大的功耗和成本開(kāi)銷(xiāo)，是一把雙刃劍。400G光模塊中用到的7nm DSP, 功耗約為4W，占到了整個(gè)模塊功耗的50%，下圖為400G ZR光模塊的功耗分解, IMDD的情況與此類(lèi)似。

(圖片來(lái)自文獻(xiàn)1)

如何消除DSP帶來(lái)的功耗與成本影響?Linear-drive的概念應(yīng)運(yùn)而生。在光模塊中不再采用DSP, 只留下driver和TIA，而將DSP功能集成到交換芯片中，如下圖所示。在光模塊中，電芯片只剩下driver和TIA, 有別于傳統(tǒng)的driver和TIA, LPO中的driver和TIA需要分別集成CTLE和Equalization功能，用于對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行一定程度的補(bǔ)償。Driver的主要功能是線性放大(linear amplifier)，輸出電壓是線性變化的。Switch發(fā)出的信號(hào)，不再需要通過(guò)CDR恢復(fù)產(chǎn)生(retiming)，而是直接傳遞給driver。Retiming是個(gè)非線性過(guò)程，LPO也被稱(chēng)為Non-retimed module。

(圖片來(lái)自Huawei slides)

LPO的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

1)功耗低

相比于可插拔光模塊，LPO的功耗下降約50%，與CPO的功耗接近。下圖是Arista針對(duì)不同光學(xué)方案的功耗對(duì)比，采用Linear-drive方案后，不同方案(硅光、VCSEL、TFLN薄膜鈮酸鋰)的功耗均下降50%左右。

交換機(jī)系統(tǒng)的整體功耗會(huì)下降25%左右，如下圖所示。

2)低延遲

由于不再采用DSP，不涉及對(duì)信號(hào)的復(fù)原，整個(gè)系統(tǒng)的latency大大降低，可以應(yīng)用到對(duì)延遲要求比較高的場(chǎng)景，例如高性能計(jì)算中心(HPC)中GPU之間的互聯(lián)。

3)低成本

由于不再需要采用5nm/7nm工藝的DSP芯片，系統(tǒng)的成本得以降低。但究竟降低多少，小豆芽這里摘抄研報(bào)里的一些數(shù)據(jù)，800G光模塊中，BOM成本約為600-700美金，DSP芯片的成本約為50-70美金，Driver和TIA里集成了EQ功能，成本會(huì)增加3-5美金，系統(tǒng)總成本下降在8%左右。

4)可熱插拔

CPO由于可靠性和成本等因素，目前還沒(méi)有被大規(guī)模應(yīng)用。相比于CPO, LPO仍然采用可插拔模塊的形式，其可靠性高，維護(hù)方便，可以利用成熟的光模塊供應(yīng)鏈。這也是LPO方案?jìng)涫芮嗖A的重要原因之一，沒(méi)有像CPO那樣進(jìn)行較大的封裝形式革新。

下圖是傳統(tǒng)光模塊、LPO與CPO各個(gè)維度的比較。

(圖片來(lái)自 Meta slides)

當(dāng)然LPO作為新的技術(shù)方案，仍然存在不少問(wèn)題需要解決。典型的問(wèn)題包括：

1)需要在交換機(jī)中集成DSP芯片，這一點(diǎn)需要switch芯片廠商的推動(dòng)。LPO方案也動(dòng)了DSP芯片廠商(Broadcom與Inphi)的蛋糕。

2)需要定義新的協(xié)議與測(cè)試方法，OIF正在定義CEI-112G-LINEAR標(biāo)準(zhǔn)。

3)LPO適用的場(chǎng)景，是否可以達(dá)到公里級(jí)?由于模塊中不再有DSP芯片，系統(tǒng)的誤碼率會(huì)有所下降，傳輸距離也會(huì)減小。

在OFC 2023上，多家廠商展示了其linear-drive方案，包括Macom、Broadcom和Cisco等公司，尤其是Arsita在plenary talk里的介紹。在OFC結(jié)束后的這大半個(gè)月來(lái)，多家公司相繼推出LPO方案，可見(jiàn)大家對(duì)該方案的青睞。但是目前LPO方案更多的是在技術(shù)討論階段，還未塵埃落定，也沒(méi)有到量產(chǎn)階段。LPO方案的推出，是對(duì)低功耗低成本高速光模塊需求的體現(xiàn)。

審核編輯：湯梓紅