CFCF2021| OIF谈CPO光电合封标准化进展

7/16/2021，光纤在线讯，CFCF2021上，OIF 物理层CPO 工作组副主席，Ranovus CTO办公室的Jeff Hutchins先生应邀做“光电合封标准化进展，”主题演讲，以下为文字纪录。

Hutchins先生首先对OIF加以介绍。创立于1998年的光互联论坛OIF代表了来自整个光通信生态系统的100多家公司，其目标是整合行业的力量致力于战胜基于光网络技术的数据交换和路由产品互联互通的挑战，同时优化性能，降低成本。OIF的成员包括了网络运营商，器件和系统厂商，以及测试和软件公司。截至目前，OIF已经产生了众多的协议标准（IA），覆盖光接口，电接口，网络协议，管理接口等。OIF的组织包括了技术委员会和市场推广和教育委员会两部分。这次讲座就属于市场推广和教育委员会的工作。技术委员会那边包括了网络运营商工作组，物理层用户工作组，网络和运营商工作组，互联互通工作组以及我所在的物理层和链路层工作组。技术委员会的工作主要是组织互联互通展示以及编写技术标准IA。大家可以到OIF网站去下载这些IA。

接下来Hutchins把重点放到CPO的标准化上。他首先介绍推动CPO发展的动力。降低功耗是第一推动力，然后是节省网络成本。通过节省电接口的功耗，CPO技术支持把更多功耗指标留在计算上，从而帮助数据中心运营商获得更多收入。推动CPO发展的另一大动力是可以支持需要高密度，大容量，开源解耦应用。为实现这些目标，人们需要将CPO技术标准化。

OIF是怎么进行CPO的标准化呢？Hutchins介绍说，OIF首先在去年4季度启动了一个研究CPO的伞框架。这其中的工作包括定义应用空间，探索技术考量，这些工作的成果体现在框架IA中。与此同时，OIF还在启动相关的具体项目，并积极利用在CEI电接口以及CMIS方面的工作成果。OIF启动的第一个专项CPO项目是2021年1季度的3.2T OE项目，面向51.2T以太网交换机应用。OIF定义了光引擎模块，基于XSR电接口以及FR&DR光模块，16个这样的模块可以支持51.2Tbps交换机工作。在2季度，OIF还启动了一个小型化外接激光器ELSFP项目，定义了面向CPO的前面板可插拔激光器。

CPO的应用有哪些呢？这里引用微软公司去年10月在OIF一次网络研讨会上使用的胶片，上面展现了CPO应用的三个垂直领域，数据中心网络，AI训练和机器学习，开源解耦。在水平方向上分为终端节点以及交换节点。要注意的是这里面同时有光接口和电接口，在终端节点情况下CPO应用相对稀疏，而在交换节点上CPO部署会非常紧凑。此外还有低延迟接口，以太网接口的问题。另外，在不同的垂直应用中，对带宽，延迟和可靠性的性能指标要求很不同。比如数据中心的延迟在微秒毫秒级，可靠性在10-50FIT，而在开源解耦应用中延迟小于200ns，FIT要非常高（小于1）。这里面最有名的最多人讨论的还是数据中心交换机的CPO应用。

Hutchins接下来介绍了一些典型的CPO结构。最下面是Host PCB，上面有CPO的Assembly（CPA）衬底安插（Socketed）在PCB上。衬底之上有ASIC，有光引擎/电引擎的衬底也是Socketed安装。这是一种多芯片的CPO结构。除了Socketed的方式，还可以采用焊接Solder的方式安装引擎。这种方式制造起来相对难度高一点。有时候引擎也会采用无源铜线CCA连接，但是这种情况下尺寸会比较大。还有一种情况就是所谓近封装的结构，光电引擎在板上靠近封装，从而无需CPO。

CPO是怎么应用的呢？Hutchins以一个典型的以太网交换机应用举例说，16个光引擎围绕ASIC芯片，激光器可以安装在板上外接，也可以通过板间连接器从前面板光跳线引入。整个设计中散热管理将会非常关键。在OIF此前发布的3.2T项目中，OIF自己定义的甚短距离XSR电接口可以大大降低电接口功耗。在3.2T的项目中XSR连接长度38mm，而6.4T项目下可以延长到60mm。

另一个需要考虑的因素是机械尺寸。不同供应商会采用不同的技术，不同的技术带来不同的尺寸。OIF需要找到让不同尺寸CPO产品互通的条件。至于CPO采用的激光器，可以内置，也可以外接一个大功率的激光器分光到各个调制器前，这样可能有成本优势，但是必须考虑人眼安全的问题。OIF也在考虑这方面的标准，同时关于如何控制远端激光器和光引擎，也在OIF的标准化范畴中。现在既可以直接由控制器同时控制激光器和光引擎，也可以像可插拔模块那样，只控制光引擎，再由光引擎和激光器互通。

另外一个标准化的问题是光链路预算的问题。在采用板间连接器的CPO应用环境中，会在IEEE定义的TP2,TP3与PMD间引入附加损耗，因此必须增加链路预算。

最后Hutchins总结说，CPO包含了多种多样的应用，不同的技术，需要定义一系列管理接口，电接口，光接口，机械尺寸和散热标准，因此拥有众多成员的OIF是制定CPO标准的最佳组织。