AI 訓練、推論及高效能運算正推動交換器容量邁向 51.2 Tbps 和 102.4 Tbps 等級。同時，800G 和 1.6T 介面正增加資料中心內部部署的高速光學鏈路數量。挑戰不再僅是頻寬。電氣信號損耗、模組功耗、散熱、前面板密度及維護正成為系統層級的設計限制。
傳統可插拔式光學元件依賴於交換晶片與前面板模組之間相對較長的 PCB 電氣路徑。數位訊號處理器（DSP）可補償隨之而來的信號劣化，但該補償會增加功耗與熱量。線性驅動可插拔光學元件（LPO）、近封裝光學元件（NPO）和共封裝光學元件（CPO）透過改變光學轉換發生的位置並逐步縮短高速電氣路徑來解決此問題。
這些架構不應視為一項技術立即取代另一項技術的簡單序列。LPO 強調相容性與較低功耗，NPO 將光學引擎移至靠近交換晶片處，同時保留一定程度的可更換性，而 CPO 則以最高整合度與頻寬密度為目標。其價值取決於所建置的網路。
為何傳統可插拔式光學元件正達極限
在傳統架構中，交換晶片安裝於系統 PCB 上，而光學模組則安裝於前面板。因此，高速電氣信號在到達光學模組之前，可能需在電路板上傳輸數十公分。
在 112G 和 224G 電氣信號速率下，這些傳輸線變得越來越難以管理。較長的路徑會引入插入損耗、串擾和波形失真。通常使用模組側 DSP 在光學傳輸前對信號進行等化與校正，以協助維持電氣通道上的可靠通訊。
DSP 解決了重要的信號完整性問題，但也同時導致了三個更廣泛的系統限制。
光功率成為系統層級的問題
在高密度 800G 和 1.6T 部署中，光學介面功耗不再是交換器耗電的一小部分。傳統 800G DR8 可插拔模組每埠功耗約為 18–25 W，而在密集配置中，光學模組可能佔設備總功耗的近 50%。
對於 64 埠 800G 交換器，若每個埠都裝載此範圍的模組，僅光學模組功耗即約達 1,152–1,600 W。該負載對電源供應器、風扇轉速、氣流規劃及機架級冷卻能力有直接影響。
長電氣通道更難補償
基於 DSP 的等化可校正許多缺陷，但無法實際縮短 PCB 連接。隨著介面速率提升，電氣損耗和串擾更難控制，而額外的信號處理可能增加功耗與延遲，但底層通道依然很長。
前面板密度達到物理極限
傳統可插拔模組佔用設備前面板上的插槽。隨著埠數增加，前面板面積成為另一項限制資源。將許多高功率模組集中在同一區域也會造成嚴苛的散熱環境。
縮短電氣路徑的三種方式
三種架構之間的本質差異在於交換晶片與光學轉換之間的距離。將光學元件逐步移近交換裝置，可縮短必須傳輸極高速信號的電氣通道。
線性驅動可插拔架構
LPO 保留了熟悉的前面板可插拔格式，但移除了光學模組中的 DSP。線性信號處理功能轉移至交換側，而模組主要專注於光學轉換與線性放大。
簡化的信號路徑為：
交換晶片 → 線性驅動 → 可插拔光學轉換 → 光纖
主要優勢在於營運連續性。光學介面保持可插拔，並可繼續使用已確立的高密度封裝形式。因此，資料中心營運商可在不立即更改整體設備維護模式的情況下降低光功率。
近封裝光學引擎
NPO 採用更為整合的方法。光學引擎不再置於前面板，而是安裝在系統板上靠近交換晶片的位置。
電氣信號路徑可縮短至約 2–5 公分：
交換晶片 → 2–5 公分 PCB 連接 → 板載光學引擎 → 光纖
技術資料中描述的架構目標為電氣信號損耗低於 13 dB，並繼續避免模組側 DSP 處理。外部雷射光源提供光源，而鄰近的光學引擎執行發射與接收轉換。
由於光學引擎仍為獨立元件，NPO 比完全共封裝設計保有更高的可維護性，同時實現比 LPO 更高的整合度。
晶片級光學整合
CPO 將光學引擎移至與交換晶片相同的封裝基板上。高速電氣連接不再是公分级別的 PCB 走線，而是縮小至毫米等級。
路徑變為：
交換晶片 → 共封裝光學引擎 → 光纖
此方法消除了交換裝置與光學轉換級之間的大部分長電氣互連。因此，它在高頻寬密度、低功耗和低電氣路徑損耗方面具有最大的潛力。
代價是光學元件與交換平台之間的耦合更緊密。服務程序、散熱設計和可靠性規劃必須在系統和封裝層面加以考量，而非將每個光學介面視為獨立的前面板模組。
功耗、密度與可維護性比較
沒有一種光學架構能適用於所有資料中心。較低的功耗和較短的電氣路徑必須在維護、平台複雜性、部署靈活性和技術成熟度之間取得平衡。
| 設計因素 | DSP 可插拔 | LPO | NPO | CPO |
|---|---|---|---|---|
| 功耗 | 高 | 較低 | 較低 | 最低 |
| 頻寬密度 | 較低 | 中等 | 高 | 最高 |
| 整合程度 | 低 | 低至中等 | 高 | 最高 |
| 現場可維護性 | 優異 | 良好 | 中等 | 較複雜 |
| 部署靈活性 | 非常高 | 高 | 中等 | 較低 |
| 典型角色 | 成熟的通用光學元件 | 節能遷移 | 更高密度的新系統 | 超密集未來平台 |
LPO 在保留傳統可插拔介面實體操作模型的同時，改變了模組電子元件。這使得它在現場更換仍然重要的環境中相對容易導入。
NPO 以更短的電氣路徑換取更多的系統整合。由於光學引擎與交換封裝分離，它在電氣效率與可維護性之間提供了折衷方案。
CPO 將最大重點放在整合上。隨著頻寬密度提升且電氣鏈路本身成為主導限制，其價值會更為顯著。然而，同樣的整合意味著維護無法以前面板光學元件完全相同的方式來規劃。
每種架構的最佳適用場景
最有效的部署策略應從資料中心場景出發，而非預設選擇最整合的技術。
既有設施與 AI 推論叢集
LPO 非常適合既有資料中心（棕地）升級，此類場景需要降低功耗，但營運商仍希望使用熟悉的可插拔介面。技術路線圖將其定位用於 800G 和 1.6T 短距離與中距離傳輸，包括 AI 推論叢集和冷卻餘量有限的既有設施。
此類部署可減少與模組側 DSP 處理相關的功耗負擔，而無需立即轉向板載或封裝整合式光學元件。
新建中規模運算站點
NPO 更適用於新的設備設計，因為 PCB 佈局可圍繞短電氣通道進行最佳化。它適用於 800G 和 1.6T 機架級或短距離互連，同時平衡較高的整合度與實際維護需求。
對於新建（綠地）AI 資料中心，此架構允許系統設計師在硬體設計階段即縮短電氣路徑，而非持續補償較長的前面板連接。
超大規模訓練網路
CPO 鎖定超大規模 AI 與高效能運算叢集，在這些場景中，頻寬密度與能源效率比傳統光學模組更換程序更為重要。
在 1.6T 及更高速度下，將電氣路徑縮短至封裝層級變得越來越具吸引力。此架構特別適用於大規模訓練網路中的超短距離、高基數交換系統，其中數千個加速器產生巨大的東西向流量。
規劃分階段遷移
光學網路升級應圍繞功耗預算、交換器生命週期、服務程序和預期介面速度進行設計。到處部署最整合的架構可能會產生不必要的成本和維護複雜性。
對於運作中的資料中心，分階段路徑可從識別光學模組消耗較大設備功率的交換器開始。若平台仍需前面板可維護性，則低功耗可插拔方案可能是最實用的第一步。
新的交換器設計提供了更大的自由度。將光學引擎移至 PCB 上並置於距交換晶片數公分處，可在電氣通道損耗變得嚴重到需要大量補償之前即予以降低。
當介面速度、交換器基數和熱密度使得傳統前面板電氣路徑越來越難以維持時，完全共封裝光學元件的吸引力會增加。
因此，實用決策框架可總結如下：
-
當低功耗和現場更換都重要時，採用可插拔線性驅動方案。
-
當新平台可支援板載光學引擎和更短的 PCB 路徑時，將光學元件移至封裝附近。
-
當最大頻寬密度和最短電氣路徑長度成為主要設計限制時，考慮共封裝整合。
混合部署也是合理的。同一資料中心環境中的不同交換器層級、設備世代和叢集規模可使用不同的光學架構。
截至 2028 年的市場方向
技術路線圖顯示這是一個漸進式的過渡，而非單一替代事件。
LPO 從 2025 年開始朝向更大規模的採用邁進。2026 年間，800G 和 1.6T 實作方案定位於 AI 推論和既有資料中心升級場景中的批次部署。技術資料中引用的市場展望估計 2026 年 LPO 總出貨量約為 300–400 萬件。
NPO 遵循較晚的採用曲線。來源將 1.6T NPO 置於 2026 年的技術成熟階段，預計 2026 年下半年小批量出貨，並於 2027 年開始更大規模部署。
CPO 的整合週期最長。路線圖預計 1.6T 首批試點出貨約在 2026 年底，隨後在 2027–2028 年進行更廣泛的商業部署。對於下一代 3.2T CPO，更大規模的實現預計將在 2028 年之後發展。
由此產生的部署模式是互補的。在 2026–2027 年間，LPO 和 NPO 預計將佔據 800G 和 1.6T 短距離與中距離市場的很大一部分，特別是既有資料中心升級和新興中等規模 AI 叢集。2028 年之後，CPO 將更適用於 3.2T 及更高速率的超大規模訓練網路。
這並不意味著一種架構在另一種擴展時就會消失。不同的整合程度解決不同的營運問題，因此多種方案可在資料中心世代間保持活躍。
結語
從傳統可插拔模組轉向 LPO、NPO 和 CPO，根本上是對快速增加的光學頻寬所引發的電氣互連問題的回應。
在 51.2 Tbps 和 102.4 Tbps 的交換器容量下，基於長 PCB 走線、DSP 補償和大量高功率前面板模組的設計，對供電、散熱和實體密度施加越來越大的壓力。縮短電氣路徑改變了這種平衡。
LPO 透過保留可插拔介面同時簡化模組側信號處理，提供了干擾最小的路徑。NPO 將光學引擎帶到距交換晶片數公分內，提高了電氣效率並保留了一定的可更換性。CPO 將光學元件帶到同一封裝基板上，目標是實現最高的頻寬密度和最低的電氣路徑損耗。
因此，適當的解決方案取決於網路所處的生命週期階段。既有資料中心可能優先考慮相容性和可維護性，新建 AI 站點可最佳化板級整合，而未來超密集訓練系統可能需要封裝級光學整合。將這些架構視為互補選項而非通用替代方案，為邁向 800G、1.6T 和未來 3.2T 網路提供了一條更實際的道路。
常見問答
LPO 是否仍可使用標準可插拔光學封裝形式？
可以。技術資料中描述的架構保留了標準可插拔格式，如 QSFP-DD 和 OSFP。主要變更是移除了模組側 DSP 處理，而非取消可插拔實體介面。
NPO 是否要求光學引擎永久固定於交換器封裝上？
不需要。在所描述的 NPO 架構中，光學引擎安裝在系統板上靠近交換晶片的位置，且可保持獨立更換。這是近封裝與完全共封裝整合之間的主要差異之一。
外部雷射光源在近封裝光學中扮演什麼角色？
此處描述的 NPO 實作使用獨立的外部雷射光源（ELS）來提供光功率，而板載光學引擎則負責光學發射與接收。
為什麼移除模組 DSP 需要更加關注主機設計？
當模組側信號處理減少或移除時，電氣通道品質將更加依賴於交換晶片能力、PCB 佈局和整體主機實作。因此，較低的模組複雜度使系統級信號完整性工程變得更加重要。
