Poiché le dimensioni dei cluster AI continuano ad espandersi, il consumo energetico delle porte dei moduli ottici 800G/1.6T è diventato un collo di bottiglia critico per il PUE dei data center. Sebbene i tradizionali moduli ottici basati interamente su DSP (FRO – Fully Retimed Optics) offrano standard maturi e lunghe distanze di trasmissione, il loro consumo energetico per singola porta di 14–16 W è spesso troppo elevato per essere fattibile. Di conseguenza, il settore si è evoluto allontanandosi dalla tradizionale architettura lineare basata su DSP, dando origine a due approcci principali: LPO e LRO/TRO.

LPO (Linear Pluggable Optics) elimina completamente il chip DSP all'interno del modulo. Il lato TX utilizza un laser a pilotaggio diretto, mentre il lato RX invia il segnale analogico direttamente all'Host ASIC dopo essere passato attraverso un TIA; l'equalizzazione, il CDR e la decodifica FEC vengono quindi eseguiti dal chip SerDes dello switch: un design noto anche come architettura "Zero Retimed". I suoi vantaggi sono significativi: per le porte OSFP- 800G, il consumo energetico tipico è ridotto a 5–8 W, rappresentando un risparmio energetico di oltre il 50%; la latenza di elaborazione interna del modulo è inferiore a 3 ns (escluso il ritardo di propagazione della fibra ottica); e il costo teorico della distinta base (BOM) è ridotto di circa il 15%–20%. Tuttavia, questo approccio comporta dei compromessi: la distanza di trasmissione è limitata (per il DR8 monomodale, la portata tipica è ≤500 m; negli scenari multimodale, è di circa 100 m) e dipende fortemente dalle prestazioni dell'Host SerDes e dalla coerenza del canale; il debug del sistema è complesso e gli standard di interoperabilità sono ancora in fase di definizione; è adatto per interconnessioni a brevissimo raggio all'interno di un singolo rack o tra rack adiacenti.

LRO (Linear Receive Optics) e TRO (Transmit Retimed Optics) sono essenzialmente due diverse nomenclature per lo stesso design architettonico: il primo è chiamato "lineare" dal lato RX, mentre il secondo è chiamato "retimed" dal lato TX ed è anche noto come architettura HalfRetimed. In questa architettura, il lato TX mantiene un DSP per la modellazione e il retiming del segnale, mentre il lato RX elimina il DSP e impiega un TIA lineare per l'uscita diretta del segnale. Questo approccio trova un equilibrio tra la qualità del segnale sul lato di trasmissione e il consumo energetico sul lato di ricezione: un modulo 800G incapsulato OSFP consuma tipicamente circa 8–10 W; i prodotti commerciali prodotti in serie supportano tipicamente una distanza di trasmissione di 2 km, mentre le versioni personalizzate possono supportare fino a 5 km; la latenza di elaborazione interna del modulo è di circa 6 ns (escluso il ritardo di propagazione della fibra ottica), rendendolo adatto per interconnessioni di data center a medio e breve raggio. Durante le discussioni sul prossima generazione di iterazioni di prodotto 1.6T, il settore concorda ampiamente sul fatto che LRO/TRO offra vantaggi di compromesso più pronunciati in termini di prestazioni e compatibilità dell'ecosistema, e si prevede che avrà una maggiore fattibilità di implementazione rispetto a LPO.

Figura 1: Evoluzione dell'architettura del modulo ottico – Confronto dei flussi di segnale FRO/LROTRO/LPO

Tabella 1: Confronto dei parametri chiave per tre architetture di moduli ottici

Note:

1. Il consumo energetico e la latenza rappresentano i valori di riferimento interni per il modulo OSFP 800G DR8/2×FR4; questi valori non includono la latenza di trasmissione in fibra; i parametri specifici per diversi tipi di package, motori ottici e specifiche di distanza possono variare.
2. Portata tipica: LRO – I modelli mainstream in produzione di massa commerciale offrono 2 km e 5 km come opzioni personalizzate; LPO ≤ 500 m è la specifica DR8 monomodale; LPO multimodale arriva fino a circa 100 m; FRO – A seconda della specifica, la versione FR4 supporta fino a 2 km, mentre la versione LR4 supporta fino a 10 km.

Nel complesso, LPO è progettato per cluster AI con requisiti estremi di consumo energetico e bassa latenza, mentre LRO/TRO offre una gamma più ampia di scenari a media e breve distanza bilanciando prestazioni ed efficienza energetica; queste soluzioni si integrano piuttosto che sostituire le tecnologie FRO tradizionali. I criteri principali per la selezione del prodotto sono la distanza di trasmissione, le capacità Host SerDes e la maturità dell'ecosistema.

Domande frequenti:

D1: Come scegliere tra moduli LPO, LRO/TRO o DSP tradizionali?

R: La scelta dipende dalla distanza di trasmissione e dalle capacità del chip Host. Per distanze ≤500 m (all'interno di un singolo rack o per interconnessioni a brevissimo raggio tra rack adiacenti), scegliere LPO: offre il minor consumo energetico (5–8 W) e una latenza interna del modulo minima; per interconnessioni DC a medio-breve raggio di 25 km, scegliere LRO/TRO: questa opzione bilancia consumo energetico e distanza di trasmissione; per distanze superiori a 5 km o applicazioni che richiedono funzionalità plug-and-play e trasmissione a lungo raggio, utilizzare moduli DSP tradizionali. Inoltre, verificare se il SerDes del chip di commutazione supporta la modalità di ricezione lineare: il SerDes degli switch standard non può operare direttamente in modalità LPO/LRO.

D2: Con la rimozione del DSP da LPO, come vengono garantiti la qualità del segnale e il tasso di errore di bit?

R: LPO migra l'equalizzazione (CTLE/FFE/DFE), il recupero del clock (CDR) e la decodifica FEC dal modulo al blocco SerDes del chip di commutazione lato Host. Ciò impone requisiti più rigorosi sulle prestazioni del SerDes dell'Host e sulla coerenza del canale PCB; a condizione che il SerDes dell'Host soddisfi le specifiche di capacità di equalizzazione e le prestazioni del canale PCB richieste, l'approccio lineare consente una bassa perdita di collegamento e una bassa dispersione cromatica in scenari a corto raggio, soddisfacendo così i requisiti del tasso di errore di bit pre-FEC.

D3: LRO e TRO sono la stessa cosa? Perché hanno due nomi diversi?

R: Si tratta di due convenzioni di denominazione per lo stesso approccio architettonico. LRO (Linear Receive Optics) prende il nome dalla prospettiva del lato ricevente, ovvero elaborazione lineare sul lato RX senza DSP; TRO (Transmit Retimed Optics) prende il nome dalla prospettiva del lato trasmittente, ovvero mantenimento del retiming basato su DSP sul lato TX. Entrambi i termini si riferiscono a un'architettura semi-lineare (HalfRetimed) in cui il lato TX utilizza un DSP mentre il lato RX impiega l'elaborazione lineare; questa terminologia è spesso usata in modo intercambiabile nel settore.

D4: Il modulo LPO/LRO può essere interfacciato con un modulo DSP tradizionale?

R: Quando i parametri dello strato ottico (lunghezza d'onda, potenza, formato di modulazione) sono coerenti, le interfacce ottiche possono essere collegate fisicamente; tuttavia, le architetture di risincronizzazione/elaborazione del segnale LPO/LRO e FRO sono completamente diverse e attualmente non esiste uno standard di interoperabilità maturo, il che rende impossibile l'integrazione diretta del servizio nella stragrande maggioranza degli scenari; solo versioni personalizzate specifiche del fornitore possono essere integrate dopo un ampio debug congiunto, ma queste non offrono un'interoperabilità universale. Attualmente, organizzazioni come OIF stanno lavorando allo sviluppo di standard di interoperabilità per i moduli ottici lineari e l'ecosistema è ancora in fase di maturazione.