一文了解下一代光通信技术：CPO、OCS、LPO解析！

正如在今年早些时候的 CPO 深度报告中所探讨的，CPO 的核心理念是将光学引擎（如光收发器模块）直接集成到交换机芯片或其他处理芯片的封装中，从而提升数据传输速度、缩短传输距离、降低功耗并减少延迟。CPO 整合了光纤光学、数字信号处理（DSP）、专用集成电路（ASIC）交换机以及封装测试等多领域技术，为数据中心与云基础设施提供突破性的系统价值。

图表 ：从传统收发器到 CPO 架构的演进

CPO 的优势

降低功耗：采用 CPO 架构有助于降低功耗。传统收发器设计中，电信号需通过铜互连传输较长距离，导致功耗高且信号损耗大；而 CPO 通过缩短电信号传输距离，显著降低了功耗，进而提升系统性能。更短的电互连路径与直接光通信不仅加快了数据传输速度，还减少了延迟与带宽限制。

CPO 的挑战

1. 封装难度大导致良率低，整体解决方案成本高：CPO 技术复杂度高，目前良率较低 —— 将光学模块与芯片集成时，需解决热管理、信号完整性与封装兼容性等多重难题。此外，CPO 的平均销售价格（ASP）约为传统可插拔解决方案的 8-10 倍。
   
   
2. 生态系统不完善：CPO 需要光学、半导体与系统设计供应链的协同整合，这一整合规模史无前例；而传统可插拔组件作为成熟产品，已形成明确的行业标准。此外，目前 CPO 解决方案主要由英伟达与博通，这可能导致网络行业利润进一步向这两大供应商集中。
   
   
3. 故障排查难度大：CPO 解决方案的维护与更换难度较高，而传统收发器通常支持热插拔。排查 CPO 交换机故障时，需关闭电源，这不仅会增加客户的维护成本，还会导致网络长时间离线，是其应用推广的重大挑战。

光电路交换（OCS）

未来几年，OCS 市场规模可能显著扩大，但需注意的是，其升级过程并非易事。光纤通信会议（OFC）之后，OCS 技术备受关注。LITE 与 COHR 均表示，该市场可为其带来巨大机遇（主要基于 CignalAI 的市场规模估算）。我们的调研显示，除长期使用该技术的谷歌外，另有一家超大规模数据中心运营商（甲骨文）也在深入研究 OCS 技术，且其目的并非解决传统意义上的光学问题。尽管其他超大规模数据中心运营商也在实验室层面探索 OCS，但要实际应用该技术，需对网络进行大规模重构，并投入大量资源开发配套软件。

图表 ：光器件供应商看好 OCS 市场扩张前景

OCS 的工作原理

OCS 的工作方式类似于传统电话交换机：建立连接后保持稳定，直至断开并与另一交叉连接重构。不同之处在于，OCS 无需话务员插拔线路，而是通过多种技术实现光信号的物理重定向，主要包括微机电系统（MEMS）反射镜、液晶或固态晶体（压电执行器）。由于 OCS 无需解析数据包，因此无需传统交换网络将光信号（光层）转换为电信号（0 和 1 的数字信号）。这一特性提升了网络可靠性，并降低了功耗。Lumentum 推崇微机电系统（MEMS）方案，而 Coherent 则主推液晶方案。

图表 ：基于 MEMS 反射镜的 OCS 应用示例

图表 8：谷歌网络中的链路建立示例

OCS 的优势

1. 不受数据量影响，减少升级需求：由于数据始终停留在光域而非电域，服务器或收发器升级时，无需频繁升级 OCS 交换机的速度。

   
   

2. 可靠性更高、效率更强：连接建立后，信号几乎无损耗。无需进行光 - 电（O-E）转换，不仅降低了故障风险，还减少了相应的功耗需求。

   
   

OCS 的挑战

1. 连接切换时网络速度较慢，不适用于动态流量：与交换机类似，OCS 切换连接时会产生延迟。无论是 MEMS 反射镜调整角度，还是液晶重新定向，光电路切换都需要几毫秒到几百毫秒的时间，期间可能出现数据包丢失。因此，OCS 更适合长期稳定的流量模式，而非突发性或微流流量，更适用于后端网络而非前端网络。相比之下，传统分组交换机可逐数据包快速决策，更适合动态流量场景。
   
   
2. 需复杂控制软件，网络运维难度大：由于流量不进入电域，OCS 无需传统交换软件，因此需开发复杂的控制软件来监控流量模式、优化网络拓扑、协调网络中的交换机，并在切换连接前清空交换机以避免数据包丢失。这类软件技术复杂，且目前缺乏足够的运维专家（该技术更多处于电信实验室研发阶段）。
   
   

线性可插拔光学（LPO，Linear-drive Pluggable Optics）采用线性驱动方案，以具备优异线性度与均衡（EQ）能力的跨阻放大器（TIA）和驱动芯片（DRIVER）替代数字信号处理器（DSP）。由于移除或简化了 DSP，LPO 架构的功耗更低，成本也更具优势。

图表 ：LPO 移除 DSP 以降低功耗，但牺牲了部分互操作性

LPO 的优势

1. 成本与功耗降低：从收发器中移除 DSP 可减少约 50% 的功耗（甚至更多），并降低 20%-40% 的物料清单（BOM）成本（实际收发器成本降幅可能低于 10%）。因此，与交换机成本相当的光学组件可实现显著的效率提升。此外，光学功耗是仅次于 GPU 的第二大功耗来源，LPO 带来的功耗节省具有重要实际意义。
   
   
2. 维护便捷：线性光学技术的故障修复流程比 CPO/OCS 更简单 ——CPO/OCS 故障时需下线大量设备或进行复杂软件调整，而 LPO 只需像传统收发器一样更换模块即可。
   
   

1. 传输距离较短：LPO 收发器用跨阻放大器（TIA）替代 DSP，但 TIA 无法实现 DSP 的全部功能。因此，LPO 的传输距离通常仅为几十米，远短于传统方案。
   
   
2. 缺乏互操作性：传统 DSP 可修正不同品牌交换机与收发器之间光 - 电 - 光（E-O-E）连接的细微差异。而在 LPO 架构中，部分修正工作需由终端客户自行完成，这在多数情况下构成挑战。不过，LPO 收发器中的轻量级 DSP 可在一定程度上弥补这一需求。
   
   

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