AI對資料傳輸的需求持續成長，CPO、LPO，以及CO作為高速光網路時代的技術主角，受到業界關注。為了降低功耗並加快資料傳輸數度，資料中心升級光通訊系統也勢在必行。
近年來，隨著人工智慧(AI)的快速成長，對於高速傳輸、低延遲的資料傳輸需求大幅增加，也推動了光傳輸技術的快速發展。針對通訊方面，除了最近相當熱門的共封裝光學(Co-Packaged Optics, CPO)外，還有最新興起的線性驅動可插拔光學(Linear Drive Pluggable Optics, LPO)，以及同調光學(Coherent Optics, CO)，都有望成為未來高速光傳輸網路的主角。
在光網路系統中，可插拔光學元件占整個系統功耗中的比例將越來越大。在傳輸速度超過51.2Tbps以後，還可能會消耗光交換機系統功率的50%。隨著雲端服務業者建構其下一代AI網路，並繼續往更高的速度邁進，這個問題只會更加嚴重。
為此，LPO應運而生，它一開始在2023年的OFC展上推出，引發了一連串的測試與比較。目前LPO的發展，以及它們是否有超過112 G SerDes通道的潛力，值得探討。此外，與傳統的可插拔解決方案相比，CO光學元件有不同的優勢，可能被視為降低功耗和成本的救星。明日之星CPO雖然還在開發中，但是它可帶來節能與高速的優勢，也是吸引廠商紛紛投入開發的原因。這三種技術究竟會怎樣影響未來光網路的發展，還有它們的異同與優劣，是以下本文探討的要點。
LPO實現高速/高密度/可靠光通訊
在未來的資料中心發展中，只有具備高速能力、小型化、低功耗、靈活性強的光傳輸模組，才能為高速、高密度、可靠的光通訊系統提供更有效的支援。然而，目前傳統的高速光通訊模組，利用數位訊號處理器(DSP)來處理高速訊號。雖然功能強大，但也帶來了更高的功耗和成本。舉例來說，在400G光模組中，7 nm DSP的功耗約4W，占整個模組功耗的50%。甚至具有DSP功能的800G多模光模組的功耗，可能超過13W。
這時，LPO模組可有效覺得功耗挑戰(圖1)。LPO技術採用線性驅動方法，用具有高線性度和EQ功能的跨阻放大器(TIA)和驅動晶片(Driver)取代DSP。這種替代方式可顯著降低功耗和延遲。
相較之下傳統的光通訊模組，LPO技術具有以下優勢：
1.低功耗：LPO模組比可插拔光模組降低50%左右的功耗，有效減少了元件內部的熱量產生。
2.低成本：DSP在400G光模組中占物料成本的20~40%左右。透過以驅動器和TIA整合EQ功能，可有效降低光模組的整體成本。
3.低延遲：拿掉DSP以後，系統可以減少訊號恢復時間，將延遲顯著降低到甚至皮秒級。
4.可插拔：從圖1可以看出，在LPO解決方案中，光模組的封裝形式沒有明顯變化，便於光模組的插拔。這使得光纖連接更加靈活和方便，使系統易於管理和維護。
圖1 傳統光通訊模組(上)與LPO模組(下)的比較，主要著重在綠色區塊 (資料來源：Ruijie公司網站，PIDA整理，2024/08)
上述的優點使得LPO成為一種靈活高效的光傳輸解決方案，可望在未來的資料中心扮演重要角色，成為光模組市場的主要成長動力。
CO傳輸更快/更靈活
CO利用光的振幅和相位或分段的變化以及在兩個偏振上的傳輸，藉以在光纖上傳輸更多的資訊。同調光學還提供更快的位元率、更大的靈活性、光子線性系統，以及先進的光學性能。
在光傳輸速度提高到100G之後，CO變得不可或缺，甚至傳輸速率可達到TB等級。CO元件可以解決容量問題。它允許將每條光纖從100G提高到400G甚至更高的速度，相形之下，每個位元的傳輸成本就降低了。
在2000年初WDM系統開始普及後，CO技術也派上用場，它主要應用到三大技術：
- 正向錯誤校正(Forward Error Correction, FEC)：有助於數據/訊號能夠穿越更長的距離，而無需幾個後續的再生點。其效益是通訊系統的利潤更大、設備更少、光子線路更簡單、成本更低。
- 大幅降低色散的影響：一旦訊號通過光纖，同調處理器就會處理色散效應。透過先進的DSP，有助於避免偏振模色散(PMD)的問題。
- 可程式性：這意謂著該技術可以進行調整，以適應廣泛的網路和應用。讓CO技術變得更靈活，同一個模組可以支援不同的比特率或多種調變模式，方便營運商選擇各種線路速率。
隨著400G應用成為主流，兩種可插拔同調光學(CO)元件問世。第一個是基於CFP2的解決方案，具有 1000+km 覆蓋範圍的能力，而第二種是用於乙太網路和DCI 應用的QSFP DD ZR 解決方案。這兩種都能滿足嚴格的技術規範，保證在開放光網路系統中無縫整合，禁得起量測的挑戰。
對於網路營運商來說，用戶端光學元件與網路傳輸元件的外形尺寸相近的話，可達到更簡單且具有成本效益的架構，也較能符合開放式光網路系統發展的趨勢。CO元件可以直接插入路由器，而無需外部傳輸系統，自然是一大優點。