LPO 技术革新：破解数据中心能效难题与测试验证策略

在当今数字经济与 AI 技术蓬勃发展的时代，数据中心作为算力的核心枢纽，面临着高性能与低功耗的双重挑战。传统光互联方案虽然推动了数据中心的规模化发展，但在功耗、成本和延迟方面的问题日益突出。线性可插拔光学器件（Linear Pluggable Optics, LPO）凭借其创新的设计理念，成为解决数据中心能效问题的关键技术。本文将从技术原理、核心优势、面临挑战以及验证方案等多个角度，深入剖析 LPO 技术的革新价值。

LPO 并非对传统可插拔收发器的彻底变革，而是在保留其可插拔灵活性的基础上，通过架构的精简实现了效能的显著提升。其核心技术在于去除了传统收发器中用于信号再生的 DSP 芯片。传统收发器依赖 DSP 在发送端和接收端对信号进行重定时、均衡等复杂处理，这就好比给信号传输配备了一个 “全程护航的信号修复站”，虽然增强了信号的抗干扰能力，但也带来了额外的功耗、成本和延迟。而 LPO 则大胆简化了链路，仅保留了模拟驱动电路（Driver）和跨阻放大器（TIA）等核心模拟组件，将信号处理的任务交给主机端的交换机 ASIC，实现了 “轻装上阵” 的设计思路。

图 1：数据中心光互连架构示意

这种 “无 DSP” 架构并非是技术的退步，而是针对数据中心短距互联场景（通常 0 - 2km）进行的精准优化。在这类场景中，信道损耗相对较小，主机端的先进均衡技术足以弥补信号传输中的失真。因此，LPO 在牺牲部分复杂处理能力的同时，换来了能效和成本的显著优势。

LPO 重新定义了光互联的效能标准。在功耗方面，在 800G 速率下，LPO 模块的功耗比同速率的重定时模块降低了 50% 以上。传统重定时模块的 DSP 芯片是主要的功耗来源，其复杂的数字信号处理过程需要大量的电力支持。LPO 移除 DSP 后，功耗水平降至约 7pJ/bit，而全重定时模块通常为 17pJ/bit，半重定时模块约为 12pJ/bit。

对于拥有数十万台服务器的超大规模数据中心来说，这种功耗的降低将带来巨大的能源成本节约和碳减排效益。例如，一个部署了 10 万台服务器的 AI 集群，仅光互联模块的年耗电量就可减少数百万度，相当于数千户家庭的年用电量，为 “绿色算力” 目标提供了有力支持。

在成本方面，LPO 模块的成本比再定时模块低 10%。这一成本优势源于硬件的简化，移除高成本的 DSP 芯片后，模块的物料清单成本大幅降低。在 AI 集群规模化扩张的背景下，这种成本优势将更加明显。例如，一个包含 1 万台服务器的集群，仅光模块采购成本就可节省数十万美元。而且，LPO 的低成本优势并没有牺牲兼容性，它保持了传统可插拔收发器的外形规格（如 QSFP - DD、OSFP），可直接适配现有数据中心的机架与接口，企业无需为升级 LPO 而大规模改造基础设施，进一步降低了部署门槛。

在延迟方面，在 50 米光纤链路上，LPO 模块可将整体延迟减少 10%。这一提升对于大型 AI 集群的效率至关重要。传统模块中，DSP 芯片的信号再生过程会引入额外的处理延迟，而 LPO 通过移除 DSP，实现了 “信号直达” 的传输路径。对于依赖分布式训练的 AI 大模型来说，节点间的通信延迟直接影响训练效率。延迟每降低 10%，意味着集群的同步速度加快、训练周期缩短。例如，一个需要数周训练的千亿参数模型，可能因 LPO 的延迟优化而节省数天时间，显著提高研发效率。这种 “隐形加速” 能力，使 LPO 成为 AI 基础设施的关键赋能技术。

然而，移除 DSP 芯片也给 LPO 的实际应用带来了新的挑战，主要体现在性能要求和互操作性两个方面。在性能方面，移除 DSP 后，LPO 模块对主机收发器的信号完整性提出了更高要求。在发送端，主机需要直接驱动光调制器或激光器（例如 VCSEL、EML），输出信号质量必须足够好，以抵御传输过程中的损耗与噪声；在接收端，LPO 模块需直接接收经过长距离传输后可能已高度失真、嘈杂的信号，这对主机端的均衡技术（如 FIR 滤波器、CTLE）是极大考验。

具体而言，主机通道的损耗特性、噪声水平、串扰控制都会直接影响 LPO 的传输性能。除此以外，单模和多模LPO模块的信号以及光纤信道特性也各不相同，需要主机端具备自适应的均衡能力，才能确保 LPO 模块在不同场景下均能稳定工作。

图 3：LPO 模块和重定时模块的接口规范适配

在互操作性方面，DSP 芯片在传统模块中起到了 “守门人” 的作用，其强大的信号处理能力可一定程度上掩盖不同厂商设备间的兼容性差异。而 LPO 移除 DSP 后，主机与模块、模块与模块之间的互操作性问题变得更为突出 —— 任何一方的信号特性偏离标准，都可能导致通信失败。

这一挑战倒逼行业加速标准化进程，并建立严格的测试验证体系。不同供应商的主机（如交换机 ASIC）和 LPO 模块必须遵循统一的接口规范和性能指标，才能实现 “即插即用” 的无缝集成。因此，新的测试流程、验证方法和参数要求（如 EECQ、CEEQ）成为 LPO 生态成熟的关键支撑。

LPO 技术的成熟离不开行业标准的支撑，就像 “交通系统” 需要统一的 “交通规则”。目前，LPO 的标准体系正在快速完善：

◆OIF-CEI-112G-LINEAR标准：已正式定稿，为 112G 速率的 LPO 产品提供了统一规范，就像 “基础交通法” 的出台，明确了核心技术要求。

◆LPO MSA（多源协议）：1.0 版本于2025年3月发布，进一步统一了接口规范，确保不同厂商的 LPO 模块和主机可以互联互通，就像统一 “充电接口标准”，让不同品牌设备兼容。

◆下一代标准演进：OIF-CEI 224G 线性标准已进入提案阶段，未来 LPO 将支持更高带宽，就像“从双向两车道升级为双向四车道”，满足更大的数据流量需求。

面对 LPO 的技术挑战，是德科技通过深度参与标准化活动，结合自身在高速信号测试领域的技术积累，推出了一套全面的测试解决方案。该方案不仅能满足 OIF - CEI - 112G - LINEAR 标准的全部测试要求，还支持 LPO MSA 规范的前瞻性验证。通过 “信号生成 - 传输 - 测量 - 分析” 的全流程自动化测试，大幅提高了测试效率，帮助厂商快速验证产品兼容性。

是德科技的 LPO 测试解决方案涵盖了硬件设备和软件工具。核心测试设备包括高性能示波器，如 N1092x 系列（集成 64GBd 光 CDR）和 N1000A + N1060A（85GHz 电带宽，集成 64GBd 电 CDR），可捕捉高速信号的细节，测量光眼图 TDECQ、OER、OOMA，以及电眼图 VMA、EECQ、Ceeq 等指标；误码率测试仪（BERT）M8050A，是 “接收机压力容限测试专家”，集成了抖动和噪声注入、码间干扰调节、非线性失真调节等功能，能生成带噪声、失真的压力信号，精准测量接收机误码率极限性能；光参考发射机 N7718C，用于模拟稳定的光信号源，可以产生高达 120GBd 以上符号率的 NRZ、PAM4、PAM6、PAM8 等格式的光信号，辅助模块输入测试。

图：高性能示波器相关示意

软件工具方面，FlexDCA（N1010A）是 “数据分析大脑”，支持 EECQ 等新型指标的计算，还能自动优化均衡器参数，提高测试效率。

图：软件工具 FlexDCA 相关示意

是德科技通过 “硬件设备 + 软件算法” 的协同，为 LPO 接口的设计、生产、验证提供了完整的测试闭环，解决了 LPO 高速通信场景下的信号质量验证难题，覆盖从电信号处理到光信号传输的全链路测试，保障高速光通信系统的稳定运行，帮助企业确保 LPO 模块符合 IEEE 802.3bs/cd、OIF - CEI - 112G - LINEAR 等行业标准；提前发现信号衰减、抖动、误码等问题，加速产品研发与兼容性验证；支撑 100G/400G/800G 等高速光模块的测试需求，适配智算数据中心、5G 基站等场景。

是德科技的 LPO 模块验证方案核心配置包括 M8050A 误码率测试仪（BERT）、N7718C 光参考发射机、采样示波器（如 N1000A + N1060A、N1092x）、支持 LPO 的误码检测仪（如 M8050A 集成 M8043A 模块）和 ISI 测试板。值得注意的是，方案中的大部分设备（如 M8050A、N1000A）均支持 200G 速率测试，不仅能满足当前 112G LPO 的验证需求，还可无缝扩展至下一代 224G LPO 模块的设计与验证，帮助企业提前布局更高带宽的技术演进。

是德科技（NYSE：KEYS）是一家标准普尔 500 指数公司，致力于启迪并赋能创新者，助力他们将改变世界的技术带入生活。公司提供先进的设计、仿真和测试解决方案，帮助工程师在整个产品生命周期中更快地完成开发和部署，同时控制好风险。其客户遍及全球通信、工业自动化、航空航天与国防、汽车、半导体和通用电子等市场。是德科技与客户携手，加速创新，共同创造一个安全互联的世界。