Alors que la taille des clusters d'IA continue de croître, la consommation électrique des ports des modules optiques 800G/1.6T est devenue un goulot d'étranglement critique pour le PUE des centres de données. Bien que les modules optiques traditionnels entièrement basés sur DSP (FRO – Fully Retimed Optics) offrent des normes matures et de longues distances de transmission, leur consommation électrique par port de 14 à 16 W est souvent trop élevée pour être viable. En conséquence, l'industrie a évolué au-delà de l'architecture linéaire traditionnelle basée sur DSP, donnant naissance à deux approches dominantes : LPO et LRO/TRO.

Le LPO (Linear Pluggable Optics) élimine complètement la puce DSP à l'intérieur du module. Le côté TX utilise un laser à entraînement direct linéaire, tandis que le côté RX renvoie le signal analogique directement vers l'ASIC hôte après avoir traversé un TIA ; l'égalisation, le CDR et le décodage FEC sont ensuite effectués par la puce SerDes de commutation – une conception également connue sous le nom d'architecture « Zero Retimed ». Ses avantages sont significatifs : pour les ports OSFP- 800G, la consommation électrique typique est réduite à 5–8 W, ce qui représente une économie d'énergie de plus de 50 % ; la latence de traitement interne du module est inférieure à 3 ns (hors délai de propagation de la fibre optique) ; et le coût théorique de la nomenclature (BOM) est réduit d'environ 15 % à 20 %. Cependant, cette approche comporte des compromis : la distance de transmission est limitée (pour le DR8 monomode, la portée typique est ≤ 500 m ; dans les scénarios multimodes, elle est d'environ 100 m), et elle dépend fortement des performances du SerDes hôte et de la cohérence du canal ; le débogage du système est complexe et les normes d'interopérabilité sont encore en cours de finalisation ; elle est adaptée aux interconnexions à très courte portée au sein d'un même rack ou entre des racks adjacents.

Le LRO (Linear Receive Optics) et le TRO (Transmit Retimed Optics) sont essentiellement deux nomenclatures différentes pour la même conception architecturale — le premier est nommé « linéaire » du côté RX, tandis que le second est nommé « retimed » du côté TX et est également connu sous le nom d'architecture HalfRetimed. Dans cette architecture, le côté TX conserve un DSP pour la mise en forme et le re-synchronisation du signal, tandis que le côté RX élimine le DSP et utilise un TIA linéaire pour une sortie de signal directe. Cette approche trouve un équilibre entre la qualité du signal côté transmission et la consommation électrique côté réception : un module 800G encapsulé OSFP consomme généralement environ 8 à 10 W ; les produits commerciaux de production de masse prennent généralement en charge une distance de transmission de 2 km, tandis que les versions personnalisées peuvent supporter jusqu'à 5 km ; la latence de traitement interne du module est d'environ 6 ns (hors délai de propagation de la fibre optique), ce qui le rend adapté aux interconnexions de centres de données à moyenne et courte portée. Lors des discussions sur les itérations de produits 1.6T de nouvelle génération, l'industrie s'accorde largement sur le fait que le LRO/TRO offre des avantages de compromis plus prononcés en termes de performances et de compatibilité avec l'écosystème, et devrait avoir une faisabilité de déploiement plus élevée que le LPO.

Figure 1 : Évolution de l'architecture des modules optiques – Comparaison des flux de signaux FRO/LRO/TRO/LPO

Tableau 1 : Comparaison des paramètres clés pour trois architectures de modules optiques

Remarques :

1. La consommation électrique et la latence représentent les valeurs de référence internes pour le module OSFP 800G DR8/2×FR4 ; ces valeurs n'incluent pas la latence de transmission par fibre ; les paramètres spécifiques pour différents types de boîtiers, moteurs optiques et spécifications de distance peuvent varier.
2. Portée typique : LRO – Les modèles grand public en production de masse commerciale offrent 2 km et 5 km en option personnalisée ; LPO ≤ 500 m est la spécification DR8 monomode ; le LPO multimode atteint environ 100 m ; FRO – Selon la spécification, la version FR4 prend en charge jusqu'à 2 km, tandis que la version LR4 prend en charge jusqu'à 10 km.

Dans l'ensemble, le LPO est conçu pour les clusters d'IA avec des exigences extrêmes en matière de consommation électrique et de faible latence, tandis que le LRO/TRO offre une gamme plus large de scénarios à moyenne et courte portée en équilibrant les performances et l'efficacité énergétique ; ces solutions complètent les technologies FRO traditionnelles plutôt que de les remplacer. Les critères principaux pour la sélection des produits sont la distance de transmission, les capacités du SerDes hôte et la maturité de l'écosystème.

Questions fréquemment posées :

Q1 : Comment choisir entre les modules LPO, LRO/TRO ou DSP traditionnels ?

R : La sélection dépend de la distance de transmission et des capacités de la puce hôte. Pour des distances ≤ 500 m (au sein d'un même rack ou pour une interconnexion à très courte portée entre des racks adjacents), choisissez le LPO – il offre la consommation d'énergie la plus faible (5–8 W) et une latence interne minimale du module ; pour une interconnexion de centre de données à moyenne ou courte portée de 25 km, choisissez le LRO/TRO – cette option équilibre la consommation d'énergie et la distance de transmission ; pour des distances dépassant 5 km ou des applications nécessitant une fonctionnalité plug-and-play et une transmission longue portée, utilisez des modules DSP traditionnels. De plus, vérifiez si le SerDes de la puce de commutation prend en charge le mode de réception linéaire – le SerDes de commutateur standard ne peut pas fonctionner directement en mode LPO/LRO.

Q2 : Avec la suppression du DSP du LPO, comment la qualité du signal et le taux d'erreur binaire sont-ils garantis ?

R : Le LPO déplace l'égalisation (CTLE/FFE/DFE), la récupération d'horloge (CDR) et le décodage FEC du module vers le bloc SerDes de la puce de commutation côté hôte. Cela impose des exigences plus strictes sur les performances du SerDes hôte et la cohérence du canal PCB ; à condition que le SerDes hôte réponde aux capacités d'égalisation requises et aux spécifications de performance du canal PCB, l'approche linéaire permet une faible perte de liaison et une faible dispersion chromatique dans les scénarios à courte portée, satisfaisant ainsi les exigences de taux d'erreur binaire pré-FEC.

Q3 : Le LRO et le TRO sont-ils la même chose ? Pourquoi ont-ils deux noms différents ?

R : Il s'agit de deux conventions de nommage pour la même approche architecturale. Le LRO (Linear Receive Optics) est nommé du point de vue du côté réception — c'est-à-dire un traitement linéaire côté RX sans DSP ; le TRO (Transmit Retimed Optics) est nommé du point de vue du côté transmission — c'est-à-dire en conservant le re-synchronisation basée sur DSP côté TX. Les deux termes font référence à une architecture semi-linéaire (HalfRetimed) où le côté TX utilise un DSP tandis que le côté RX emploie un traitement linéaire ; cette terminologie est souvent utilisée de manière interchangeable dans l'industrie.

Q4 : Le module LPO/LRO peut-il être interfacé avec un module DSP traditionnel ?

R : Lorsque les paramètres de la couche optique (longueur d'onde, puissance, format de modulation) sont cohérents, les interfaces optiques peuvent être physiquement connectées ; cependant, les architectures de resynchronisation/traitement du signal LPO/LRO et FRO sont entièrement différentes, et il n'existe actuellement aucune norme d'interopérabilité mature, rendant l'intégration directe des services impossible dans la grande majorité des scénarios ; seules certaines versions personnalisées spécifiques à un fournisseur peuvent être intégrées après un débogage conjoint approfondi, mais celles-ci n'offrent pas d'interopérabilité universelle. Actuellement, des organisations telles que l'OIF travaillent au développement de normes d'interopérabilité pour les modules optiques linéaires, et l'écosystème est encore en cours de maturation.