A medida que los tamaños de los clústeres de IA siguen expandiéndose, el consumo de energía de los puertos de módulos ópticos 800G/1.6T se ha convertido en un cuello de botella crítico para el PUE de los centros de datos. Si bien los módulos ópticos tradicionales basados completamente en DSP (FRO – Fully Retimed Optics) ofrecen estándares maduros y largas distancias de transmisión, su consumo de energía por puerto único de 14–16 W es a menudo demasiado alto para ser viable. Como resultado, la industria ha evolucionado alejándose de la arquitectura lineal tradicional basada en DSP, dando lugar a dos enfoques principales: LPO y LRO/TRO.

LPO (Linear Pluggable Optics) elimina por completo el chip DSP dentro del módulo. El lado TX utiliza un láser de accionamiento directo lineal, mientras que el lado RX envía la señal analógica directamente de vuelta al Host ASIC después de pasar a través de un TIA; la ecualización, el CDR y la decodificación FEC son realizados entonces por el chip SerDes de conmutación, un diseño también conocido como arquitectura "Zero Retimed". Sus ventajas son significativas: para puertos OSFP- 800G, el consumo de energía típico se reduce a 5–8 W, lo que representa un ahorro de energía de más del 50%; la latencia de procesamiento interna del módulo es inferior a 3 ns (excluyendo el retardo de propagación de la fibra óptica); y el costo de BOM teórico se reduce aproximadamente entre un 15% y un 20%. Sin embargo, este enfoque conlleva compensaciones: la distancia de transmisión es limitada (para el DR8 monomodo, el rango típico es ≤500 m; en escenarios multimodo, es de aproximadamente 100 m), y depende en gran medida del rendimiento del Host SerDes y de la consistencia del canal; el sistema de depuración es complejo y los estándares de interoperabilidad aún se están finalizando; es adecuado para interconexiones de ultra corto alcance dentro de un mismo rack o entre racks adyacentes.

LRO (Linear Receive Optics) y TRO (Transmit Retimed Optics) son esencialmente dos nomenclaturas diferentes para el mismo diseño arquitectónico: el primero se denomina "lineal" desde el lado RX, mientras que el segundo se denomina "retimed" desde el lado TX y también se conoce como arquitectura HalfRetimed. En esta arquitectura, el lado TX conserva un DSP para la conformación y retemporización de la señal, mientras que el lado RX elimina el DSP y emplea un TIA lineal para la salida directa de la señal. Este enfoque logra un equilibrio entre la calidad de la señal del lado de transmisión y el consumo de energía del lado de recepción: un módulo 800G encapsulado en OSFP consume típicamente alrededor de 8–10 W; los productos comerciales de producción en masa admiten típicamente una distancia de transmisión de 2 km, mientras que las versiones personalizadas pueden admitir hasta 5 km; la latencia de procesamiento interna del módulo es de aproximadamente 6 ns (excluyendo el retardo de propagación de la fibra óptica), lo que lo hace adecuado para interconexiones de centros de datos de alcance medio y corto. Durante las discusiones sobre las iteraciones de productos 1.6T de próxima generación, la industria coincide ampliamente en que LRO/TRO ofrece ventajas de compensación más pronunciadas en términos de rendimiento y compatibilidad del ecosistema, y se espera que tenga una mayor viabilidad de despliegue que LPO.

Figura 1: Evolución de la arquitectura de módulos ópticos – Comparación de flujos de señal FRO/LRO-TRO/LPO

Tabla 1: Comparación de parámetros clave para tres arquitecturas de módulos ópticos

Observaciones:

1. El consumo de energía y la latencia representan los valores de referencia internos para el módulo OSFP 800G DR8/2×FR4; estos valores no incluyen la latencia de transmisión por fibra; los parámetros específicos para diferentes tipos de paquetes, motores ópticos y especificaciones de distancia pueden variar.
2. Alcance típico: LRO – Los modelos principales de producción comercial en masa ofrecen 2 km y 5 km como opciones personalizadas; LPO ≤ 500 m es la especificación DR8 monomodo; el LPO multimodo alcanza aproximadamente hasta 100 m; FRO – Dependiendo de la especificación, la versión FR4 admite hasta 2 km, mientras que la versión LR4 admite hasta 10 km.

En general, LPO está diseñado para clústeres de IA con requisitos extremos de consumo de energía y baja latencia, mientras que LRO/TRO ofrece una gama más amplia de escenarios de medio a corto alcance al equilibrar el rendimiento y la eficiencia energética; estas soluciones complementan en lugar de reemplazar las tecnologías FRO tradicionales. Los criterios principales para la selección del producto son la distancia de transmisión, las capacidades de Host SerDes y la madurez del ecosistema.

Preguntas frecuentes:

P1: ¿Cómo se debe elegir entre módulos LPO, LRO/TRO o DSP tradicionales?

R: La selección depende de la distancia de transmisión y de las capacidades del chip Host. Para distancias ≤500 m (dentro de un mismo rack o para interconexión de ultra corto alcance entre racks adyacentes), elija LPO: ofrece el menor consumo de energía (5–8 W) y una latencia interna del módulo mínima; para interconexión de centros de datos (DC) de corto a medio alcance de 25 km, elija LRO/TRO: esta opción equilibra el consumo de energía y la distancia de transmisión; para distancias superiores a 5 km o aplicaciones que requieran funcionalidad plug-and-play y transmisión de largo alcance, utilice módulos DSP tradicionales. Además, verifique si el SerDes del chip de conmutación admite el modo de recepción lineal; el SerDes de conmutador estándar no puede operar directamente en modo LPO/LRO.

P2: Con la eliminación del DSP de LPO, ¿cómo se garantiza la calidad de la señal y la tasa de error de bits?

R: LPO migra la ecualización (CTLE/FFE/DFE), la recuperación de reloj (CDR) y la decodificación FEC del módulo al bloque SerDes del chip de conmutación del lado del Host. Esto impone requisitos más estrictos sobre el rendimiento del SerDes del Host y la consistencia del canal de PCB; siempre que el SerDes del Host cumpla con la capacidad de ecualización requerida y las especificaciones de rendimiento del canal de PCB, el enfoque lineal permite una baja pérdida de enlace y una baja dispersión cromática en escenarios de corto alcance, satisfaciendo así los requisitos de tasa de error de bits pre-FEC.

P3: ¿Son LRO y TRO lo mismo? ¿Por qué tienen dos nombres diferentes?

R: Son dos convenciones de nomenclatura para el mismo enfoque arquitectónico. LRO (Linear Receive Optics) recibe su nombre desde la perspectiva del lado del receptor, es decir, procesamiento lineal en el lado RX sin DSP; TRO (Transmit Retimed Optics) recibe su nombre desde la perspectiva del lado del transmisor, es decir, conservando la retemporización basada en DSP en el lado TX. Ambos términos se refieren a una arquitectura semilineal (HalfRetimed) donde el lado TX utiliza un DSP mientras que el lado RX emplea procesamiento lineal; esta terminología se utiliza a menudo indistintamente en la industria.

P4: ¿Se puede conectar el módulo LPO/LRO con un módulo DSP tradicional?

R: Cuando los parámetros de la capa óptica (longitud de onda, potencia, formato de modulación) son consistentes, las interfaces ópticas pueden conectarse físicamente; sin embargo, las arquitecturas de resincronización/procesamiento de señales de LPO/LRO y FRO son completamente diferentes, y actualmente no existe un estándar de interoperabilidad maduro, lo que hace imposible la integración directa del servicio en la gran mayoría de los escenarios; solo versiones personalizadas específicas de proveedores seleccionados pueden integrarse después de una extensa depuración conjunta, pero estas no ofrecen interoperabilidad universal. Actualmente, organizaciones como OIF están trabajando en el desarrollo de estándares de interoperabilidad para módulos ópticos lineales, y el ecosistema aún está madurando.