電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）全球算力基建敘事生變，正從GPU時(shí)代邁向連接為王的通信時(shí)代。算力Scaling-law邊際效益放緩，芯片間連接通信成系統(tǒng)算力釋放的核心瓶頸，光互聯(lián)逐漸替代銅連接，成為構(gòu)建高性能AI網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。

近期阿里、騰訊均推出NPO（近封裝光學(xué)）重大成果，其中阿里云全光Scale-up網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)UPN512通過(guò)光互連直接連接xPU與交換機(jī)，采用單層CLOS拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)512顆xPU的全互聯(lián)，該方案徹底消除機(jī)柜內(nèi)高速銅纜，顯著降低布線復(fù)雜度、散熱負(fù)擔(dān)、供電需求及運(yùn)維成本，功耗降低50%，成本下降30%。

近封裝光學(xué)NPO技術(shù)優(yōu)勢(shì)

首先我們來(lái)看看什么是NPO及其優(yōu)勢(shì)。中國(guó)移動(dòng)云能力中心此前發(fā)布過(guò)一份《云智算光互連發(fā)展報(bào)告》，該報(bào)告介紹，NPO的核心思想是，將光引擎非常靠近電芯片放置，但并不像CPO那樣與電芯片共封裝在同一基板或中介層上。它通常將光引擎安裝在同一基板上，通過(guò)極短的高性能電氣鏈路與電芯片相連，形成一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，如下圖所示。

NPO將光引擎與電芯片物理分離，避免了電芯片的高溫?zé)崃恐苯記_擊光器件，散熱設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、高效。由于電芯片本身是巨大的熱源，工作時(shí)溫度很高，而激光器等光器件對(duì)溫度極其敏感，所以，光引擎與電芯片共封裝會(huì)導(dǎo)致波長(zhǎng)漂移和性能下降。同時(shí)，由于光引擎未與電芯片共封裝，NPO在可維護(hù)性層面具有優(yōu)勢(shì)，如果光引擎失效，只需更換光引擎子模塊即可，避免了大量的維護(hù)成本。

相比激進(jìn)的CPO技術(shù)，NPO技術(shù)是一種更務(wù)實(shí)、風(fēng)險(xiǎn)更低的路徑。并且，NPO與傳統(tǒng)光模塊相比，其性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)光模塊，其主要優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)：

lNPO的光引擎擁有更大的可布置面積和更靈活的走線方案，可以方便地使用LGA封裝，且有利于光引擎散熱；
lNPO不影響電芯片原有設(shè)計(jì)，只對(duì)PCB或基板做差異設(shè)計(jì)即可滿 足不同需求；
lNPO與電芯片解耦，能夠避免形成電芯片壟斷問(wèn)題；
lNPO可單獨(dú)測(cè)試 TP1 的電信號(hào)質(zhì)量，可歸一化設(shè)備的驅(qū)動(dòng)與固件，可測(cè)試性更好。

產(chǎn)業(yè)界正在形成共識(shí)，未來(lái)光互聯(lián)由Scale-up、Scale-out、Scale-across等多元網(wǎng)絡(luò)連接場(chǎng)景共同驅(qū)動(dòng)，各技術(shù)路線長(zhǎng)期共存、并行發(fā)展。

Scale-Up 即垂直擴(kuò)展，通過(guò)向單個(gè)節(jié)點(diǎn)添加更多硬件提升處理能力。在 AI 大模型訓(xùn)練里，它借助高速互聯(lián)技術(shù)將單個(gè)節(jié)點(diǎn)多塊 GPU 緊密相連，形成有超大共享顯存池的“超級(jí)節(jié)點(diǎn)”，讓單個(gè)模型能在統(tǒng)一顯存空間高效訓(xùn)練，無(wú)需跨節(jié)點(diǎn)通信，是解決“內(nèi)存墻”瓶頸的關(guān)鍵。

Scale-Out 是水平擴(kuò)展，通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)組成集群提升整體處理能力。當(dāng)單個(gè)“超級(jí)節(jié)點(diǎn)”算力不夠時(shí)，將成百上千個(gè)節(jié)點(diǎn)用高速網(wǎng)絡(luò)連接成龐大計(jì)算集群，讓模型訓(xùn)練任務(wù)可并行分布在眾多 GPU 上。
Scale-Across（跨區(qū)域擴(kuò)展）是應(yīng)對(duì)超大規(guī)模 AI 計(jì)算需求提出的“第三大支柱”范式。隨著 AI 模型對(duì)算力需求爆炸式增長(zhǎng)，單個(gè)數(shù)據(jù)中心在電力、散熱、空間上接近極限，Scale-Across 便是將不同城市、國(guó)家甚至大洲的多個(gè)數(shù)據(jù)中心用高速網(wǎng)絡(luò)連接，形成協(xié)同工作的“超級(jí)巨型工廠”。

隨著AI大模型向千億、萬(wàn)億參數(shù)規(guī)模突破，訓(xùn)練與推理場(chǎng)景的高并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，Scaleup網(wǎng)絡(luò)作為支撐算力高效釋放的核心基礎(chǔ)設(shè)施，規(guī)模也在迅速擴(kuò)大。目前，Scale out層面可插拔光模塊仍是首選，Scale up層面作為新興光模塊市場(chǎng)，技術(shù)高速迭代，NPO、CPO 等方案同步演進(jìn)。

全球首款3.2T NPO模塊成功點(diǎn)亮

2025年10月，阿里云正式發(fā)布UPN512全光Scale-up架構(gòu)白皮書(shū)，提出基于單層以太網(wǎng)光互連的全新設(shè)計(jì)，旨在打造“大規(guī)模、高性能、高可靠、低成本、易擴(kuò)展”的xPU互聯(lián)系統(tǒng)。
UPN512通過(guò)光互連直接連接xPU與交換機(jī)，采用單層CLOS拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)512顆xPU全互聯(lián)，還為擴(kuò)展至1K +節(jié)點(diǎn)預(yù)留架構(gòu)空間。此方案消除機(jī)柜內(nèi)高速銅纜，大幅降低布線復(fù)雜度、散熱負(fù)擔(dān)、供電需求及運(yùn)維成本。

NPO是UPN512架構(gòu)的核心使能技術(shù)。它將光電引擎靠近主芯片部署，采用線性直驅(qū)技術(shù)，省去傳統(tǒng)DSP芯片，實(shí)現(xiàn)功耗降低50%以上、成本下降30%、端到端時(shí)延與銅互連相當(dāng)，且供應(yīng)鏈更安全可控。與LPO相比，NPO帶寬密度更高，對(duì)主芯片SerDes性能要求更低；和CPO相比，NPO采用標(biāo)準(zhǔn)LGA連接器，保持光模塊開(kāi)放解耦特性，更易被用戶采納。

阿里云從3.2T NPO切入研發(fā)，基于OIF標(biāo)準(zhǔn)封裝，在22.5mm×35.1mm尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)3.2Tb/s傳輸帶寬。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)LGA連接器，光引擎與主芯片物理和電氣解耦，延續(xù)開(kāi)放生態(tài)。該模塊支持硅光與VCSEL兩種技術(shù)路線，適配不同場(chǎng)景。

近日，阿里云宣布全球首款基于OIF標(biāo)準(zhǔn)封裝的3.2T NPO模塊成功點(diǎn)亮，標(biāo)志著全光Scale-up進(jìn)入工程落地新階段。該模塊基于兩顆16通道收發(fā)一體硅光芯片，搭配線性直驅(qū)Driver/TIA芯片，采用2D封裝工藝，具備快速量產(chǎn)潛力。其關(guān)鍵性能指標(biāo)優(yōu)異：發(fā)送端光眼圖性能好，符合IEEE 802.3bs DR4標(biāo)準(zhǔn)，可與傳統(tǒng)帶DSP的DR4光模塊無(wú)縫互通；接收端在1E - 6誤碼率下，所有通道靈敏度優(yōu)于 - 5dBm；典型功耗約20W，低于同帶寬DSP方案。

阿里云將3.2T NPO技術(shù)率先應(yīng)用于新一代國(guó)產(chǎn)四芯片交換機(jī)。該設(shè)備單機(jī)集成4顆25.6T國(guó)產(chǎn)交換芯片，總交換容量達(dá)102.4T，可平滑演進(jìn)至409.6T平臺(tái)。目前，該交換機(jī)已完成整機(jī)上電與核心功能驗(yàn)證，進(jìn)入長(zhǎng)期可靠性測(cè)試階段。

寫(xiě)在最后

在算力需求持續(xù)增長(zhǎng)的當(dāng)下，全球算力基建正經(jīng)歷深刻變革。算力中心多元網(wǎng)絡(luò)連接場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)光互連技術(shù)發(fā)展。從目前的情況來(lái)看，可插拔光模塊在未來(lái)幾年仍是需求主力；NPO/CPO 在柜內(nèi)全光連接領(lǐng)域加速滲透，CPO進(jìn)展超預(yù)期。此前市場(chǎng)對(duì)NPO較少關(guān)注，隨著近期阿里云、騰訊在NPO方面的動(dòng)作和進(jìn)展，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)想必會(huì)更多的被業(yè)界關(guān)注。整體來(lái)看，光互連行業(yè)市場(chǎng)空間將持續(xù)擴(kuò)大。