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数据中心的黑科技——究竟什么是NPO/CPO？？？？？？

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数据中心的黑科技——究竟什么是NPO/CPO？？？？？？

这两项手艺，，，，，，是数据中心网络装备毫无疑问的生长偏向。。。。。在现在的数字化浪潮下，，，，，，我们对网络通讯能力的追求是无止境的。。。。。在追求性能的同时，，，，，，我们也要起劲平衡功耗。。。。。

宣布时间：2022-10-25
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我想谈论

今天这篇文章，，，，，，我们来聊聊数据中心的两项最新黑科技—NPO/CPO。。。。。

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故事照旧要重新最先讲起。。。。。

去年，，，，，，国家宣布了“东数西算”战略，，，，，，吸引了全社会的关注。。。。。

所谓“东数西算”，，，，，，着实就是数据中心的使命分工调解。。。。。我们将东部沿海地区的部分需求，，，，，，转移到西部地区的数据中心完成。。。。。

之以是这么做，，，，，，就是由于西部地区能源资源较量充分，，，，，，并且自然温度较低，，，，，，可以大幅镌汰电费以及碳排放。。。。。

现阶段我们大搞数字化转型和数字经济，，，，，，离不开数据中心。。。。。可是，，，，，，数据中心的耗电问题，，，，，，无法忽视。。。。。

凭证数据显示，，，，，，2021年天下数据中心总用电量为2166亿千瓦时，，，，，，占天下总用电量的2.6%，，，，，，相当于2个三峡水电站的年发电量，，，，，，1.8个北京地区的总用电量。。。。。

云云恐怖的耗电量，，，，，，对我们实现“双碳”目的造成了很大压力。。。。。

于是乎，，，，，，行业最先加紧研究，，，，，，事实怎样才华将数据中心的能耗降下来。。。。。

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数据中心（IDC）

各人应该都知道，，，，，，数据中心有一个主要的参数指标，，，，，，那就是PUE（Power Usage Effectiveness，，，，，，电能使用效率）。。。。。

PUE=数据中心总能耗/IT装备能耗。。。。。其中数据中心总能耗，，，，，，包括IT装备能耗，，，，，，以及制冷、配电等其它系统的能耗。。。。。

我们可以看出，，，，，，除了用在主设惫亓电量之外，，，，，，尚有很大一部分能耗，，，，，，用在散热和照明上。。。。。

以是，，，，，，捣鼓数据中心的节能减排，，，，，，思绪就在两点：

1、镌汰主装备的功耗

2、镌汰散热和照明方面的功耗（主要是散热）

█ 主装备的功耗挑战

提及主装备，，，，，，各人马上就想到了服务器。。。。。是的没错，，，，，，服务器是数据中心最主要的装备，，，，，，它上面承载了种种营业服务，，，，，，有CPU、内存等硬件。。。。。

但现实上，，，，，，主装备还包括一类主要的装备，，，，，，那就是网络装备，，，，，，也就是交流机、路由器、防火墙等。。。。。

现在，，，，，，AI/ML（人工智能/机械学习）的加速落地，，，，，，再加上物联网的高速生长，，，，，，使得数据中心的营业压力越来越大。。。。。

这个压力不但体现在需求上，，，，，，也体现在网络流量上。。。。。数据中心的网络接入带宽标准，，，，，，从已往的10G、40G，，，，，，一起提升到现在100G、200G甚至400G。。。。。

网络装备为了知足流量增添的需求，，，，，，自身也就需要一直迭代升级。。。。。于是乎，，，，，，更强劲的交流芯片，，，，，，尚有更高速率的光�？？？？？？�，，，，，，一切最先用上。。。。。

我们先看看交流芯片。。。。。

交流芯片是网络装备的心脏，，，，，，它的处置惩罚能力直接决议了装备的能力。。。。。这些年，，，，，，交流芯片的功耗水涨船高，，，，，，如下图所示：

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交流机芯片功耗转变趋势

值得一提的是，，，，，，虽然网络装备的总体功耗在一连提升，，，，，，可是，，，，，，单Bit（比特）的功耗是一连降低的。。。。。也就是说，，，，，，能效越来越高。。。。。

再看光�？？？？？？椤�。。。。

光�？？？？？？樵诠馔ㄑ读煊�，，，，，，拥有主要的职位，，，，，，直接决议了网络通讯的带宽。。。。。

早在2007年的时间，，，，，，一个万兆（10Gbps）的光�？？？？？？�，，，，，，功率才1W左右。。。。。

随着40G、100G到现在的400G，，，，，，800G甚至以后的1.6T光�？？？？？？�，，，，，，功耗提升速率就像坐上了火箭，，，，，，一起飙升，，，，，，直逼30W。。。。。各人可要知道，，，，，，一个交流机可不止一个光�？？？？？？�，，，，，，满载的话，，，，，，往往就有几十个光�？？？？？？椋ㄈ羰�48个，，，，，，就是48×30=1440 W）。。。。。

一样平常来说，，，，，，光�？？？？？？榈墓脑寄颊牡�40%以上。。。。。这就意味着，，，，，，整机的功耗极大可能会凌驾3000 W。。。。。

一个数据中心，，，，，，又不止一交流机。。。。。这背后的功耗，，，，，，想想都很恐怖。。。。。

除了交流芯片和光�？？？？？？橹�，，，，，，网络装备尚有一个各人可能不太熟悉的“耗电大户”，，，，，，那就是——SerDes。。。。。

SerDes是英文SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）的简称。。。。。在网络装备中，，，，，，它是一个主要器件，，，，，，主要认真毗连光�？？？？？？楹屯缃涣餍酒�。。。。

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简朴来说，，，，，，就是将交流芯片出来的并行数据，，，，，，转换成串行数据举行传输。。。。。然后，，，，，，在吸收端，，，，，，又将串行数据转换成并行数据。。。。。

前面提到，，，，，，网络交流芯片的能力在一直提升。。。。。因此，，，，，，SerDes的速率也必需随之提升，，，，，，以便知足数据传输的要求。。。。。

SerDes的速率提升，，，，，，自然就发动了功耗的增添。。。。。

在102.4Tbps时代，，，，，，SerDes速率需要抵达224G，，，，，，芯片SerDes（ASIC SerDes）功耗预计会抵达300W。。。。。

需要注重的是，，，，，，SerDes的速率和传输距离，，，，，，会受到PCB质料工艺的影响，，，，，，并不可无限增添。。。。�；；；；；痪浠八�，，，，，，当SerDes速率增添、功耗增添时，，，，，，PCB铜箔能力缺乏，，，，，，不可让信号撒播得更远。。。。。只有缩短传输距离，，，，，，才华包管传输效果。。。。。

这有点像扔铅球角逐，，，，，，当铅球越重（SerDes速率越高），，，，，，你能扔的距离就越短。。。。。

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详细来说，，，，，，SerDes速率抵达224G时，，，，，，最多只能支持5~6英寸的传输距离。。。。。

这意味着，，，，，，在SerDes没有手艺突破的条件下，，，，，，网络交流芯片和光�？？？？？？橹涞木嗬�，，，，，，必需缩短。。。。。

综上所述，，，，，，交流芯片、光�？？？？？？椤erDes，，，，，，是网络装备的三座“功耗”大山。。。。。

凭证装备厂商的数据显示，，，，，，已往的12年时间，，，，，，数据中心的网络交流带宽提升了80倍，，，，，，背后的价钱就是：交流芯片功耗提升约8倍，，，，，，光�？？？？？？楣奶嵘�26倍，，，，，，交流芯片SerDes功耗提升25倍。。。。。

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信息泉源：2020 Cisco and/or its affiliates.All rights reserved.Cisco Public

在此情形下，，，，，，网络装备在数据中心内的功耗占比，，，，，，随之一直攀升。。。。。

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网络装备（红色）的能耗占比

数据泉源：Facebook-OIF CPO Webinar 2020

█ 散热的功耗挑战

前面小枣君仔细先容了网络装备的功耗挑战。。。。。接下来，，，，，，我们再看看散热。。。。。

事实上，，，，，，相比对网络装备的功耗提升，，，，，，散热的功耗才是真正的大头。。。。。

凭证数据统计，，，，，，交流装备在典范数据中心总能耗中的占比，，，，，，仅仅只有4%左右，，，，，，还不到服务器的1/10。。。。。

可是散热呢？？？？？？凭证CCID数据统计，，，，，，2019年中国数据中心能耗中，，，，，，约有43%是用于IT装备的散热，，，，，，基本与45%的IT装备自身的能耗持平。。。。。

即即是现在国家对PUE提出了严酷要求，，，，，，凭证三级能效（PUE=1.5，，，，，，数据中心的限制值）来算，，，，，，散热也占了快要40%。。。。。

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古板的散热方法（风冷/空调制冷），，，，，，已经不可知足目今高密数据中心的营业生长需求。。。。。于是，，，，，，我们引入了液冷手艺。。。。。

液冷，，，，，，是使用液体作为冷媒，，，，，，为发热部件散热的一种新手艺。。。。。引入液冷，，，，，，可以降低数据中心能近90%的散热能耗。。。。。数据中心整体能耗，，，，，，则可下降近36%。。。。。

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这个节能效果，，，，，，可以说是很给力了，，，，，，直接省电三分之一。。。。。

除了散热更强更省电之外，，，，，，液冷在噪音、选址（不受情形天气影响）、建设本钱（可以让机柜接纳高密度结构，，，，，，镌汰机房占地面积）等方面也有显著优势。。。。。

以是，，，，，，现在险些所有的数据中心，，，，，，都在接纳液冷。。。。。有的液冷数据中心，，，，，，甚至可以将PUE干到1.1左右，，，，，，靠近1的极限值。。。。。

液冷，，，，，，是不是把整个装备所有浸没在液体里呢？？？？？？

纷歧定。。。。。

液冷的计划，，，，，，一样平常包括两种，，，，，，划分是浸没式和冷板式。。。。。

浸没式，，，，，，也叫直接式，，，，，，是将主装备里发热量大的元器件，，，，，，所有浸入冷却液中，，，，，，举行散热。。。。。

冷板式，，，，，，也称间接式，，，，，，是将主要散热部件与一块金属板贴合，，，，，，然后金属板里有冷媒液体流动，，，，，，把热量带走。。。。。现在许多DIY组装电脑，，，，，，就是冷板式。。。。。

服务器接纳液冷，，，，，，已经是很是成熟的手艺。。。。。那么，，，，，，既然要上液冷，，，，，，虽然是服务器和网络装备一起上，，，，，，会更好啊，，，，，，不然还要搞两套系统。。。。。

问题来了，，，，，，咱们的网络装备，，，，，，能上液冷吗？？？？？？

█ NPO/CPO，，，，，，闪亮登场

当当当！铺垫了那么多，，，，，，我们的主角，，，，，，终于要闪亮登场了。。。。。

为了尽可能地降低网络装备的自身事情功耗以及散热功耗，，，，，，在OIF（光互联网络论坛）的主导下，，，，，，业界多家厂商，，，，，，配合推出了——NPO/CPO手艺。。。。。

2021年11月，，，，，，海内装备厂商stake官网网络（Ruijie Networks），，，，，，宣布了25.6T的NPO冷板式液冷交流机。。。。。2022年3月，，，，，，他们又宣布了51.2T的 NPO冷板式液冷交流机（看法机）。。。。。

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NPO冷板式液冷交流机

NPO，，，，，，英文全称Near packaged optics，，，，，，近封装光学。。。。。CPO，，，，，，英文全称Co-packaged optics，，，，，，共封装光学。。。。。

简朴来说，，，，，，NPO/CPO是将网络交流芯片和光引擎（光�？？？？？？椋┚傩�“封装”的手艺。。。。。

我们古板的毗连方法，，，，，，叫做Pluggable（可插拔）。。。。。光引擎是可插拔的光�？？？？？？椤�。。。。光纤过来以后，，，，，，插在光�？？？？？？樯�，，，，，，然后通过SerDes通道，，，，，，送到网络交流芯片（AISC）。。。。。

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CPO呢，，，，，，是将交流芯片和光引擎配合装配在统一个Socketed（插槽）上，，，，，，形成芯片和模组的共封装。。。。。

NPO是将光引擎与交流芯片脱离，，，，，，装配在统一块PCB基板上。。。。。

各人应该能看出来，，，，，，CPO是最终形态，，，，，，NPO是过渡阶段。。。。。NPO更容易实现，，，，，，也更具开放性。。。。。

之以是要做集成（“封装”），，，，，，目的很明确，，，，，，就是为了缩短了交流芯片和光引擎间的距离（控制在5~7cm），，，，，，使得高速电信号能够高质量的在两者之间传输，，，，，，知足系统的误码率（BER）要求。。。。。

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缩短距离，，，，，，包管高速信号的高质量传输

集成后，，，，，，还可以实现更高密度的高速端口，，，，，，提升整机的带宽密度。。。。。

别的，，，，，，集成使得元件越发集中，，，，，，也有利于引入冷板液冷。。。。。

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NPO交流机内部（揭开冷板后）

可以看到，，，，，，交流芯片和光引擎之间的距离大幅缩短

NPO/CPO手艺的背后，，，，，，着实就是现在很是热门的硅光手艺。。。。。

硅光，，，，，，是以光子和电子为信息载体的硅基光电子大规模集成手艺。。。。。简朴来说，，，，，，就是把多种光器件集成在一个硅基衬底上，，，，，，酿成集成“光”路。。。。。它是一种微型光学系统。。。。。

硅光之以是这么火，，，，，，基础缘故原由在于微电子手艺已经逐渐靠近性能极限，，，，，，古板的“电芯片”在带宽、功耗、时延方面，，，，，，越来越力有未逮，，，，，，以是，，，，，，就改走了“（硅）光芯片”这个新赛道。。。。。

█ NPO/CPO交流机的希望

NPO/CPO手艺是现在各大厂商研究的热门偏向。。。。。尤其是NPO，，，，，，由于拥有最优开放生态，，，，，，工业链越发成熟，，，，，，可以获得本钱及功耗的最快收益，，，，，，以是，，，，，，生长落地更快。。。。。

前面提到了stake官网网络的25.6T硅光NPO冷板式液冷交流机。。。。。

这款NPO交流机基于112G SerDes的25.6T的交流芯片，，，，，，1RU的高度，，，，，，前面板支持64个毗连器的400G光接口，，，，，，由16个1.6T（4×400G DR4）的NPO�？？？？？？樽槌�，，，，，，支持8个ELS/RLS（外置激光源�？？？？？？椋�。。。。

散热方面，，，，，，接纳了非导电冷却剂的冷板冷却方法。。。。。

那款51.2T硅光NPO冷板式液冷交流机，，，，，，高度稳固，，，，，，将NPO模组从1.6T升级到了3.2T，，，，，，前面板支持64个800G毗连器，，，，，，每个毗连器还可以分成2个400G端口，，，，，，实现向前兼容。。。。。外置光源�？？？？？？樵鎏淼搅�16个。。。。。

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51.2T NPO冷板式液冷交流机

在现实组网中，，，，，，51.2T的NPO交流机（最快在2023年底商用宣布），，，，，，可以应用于100G/200G的接入网络，，，，，，作为接入&汇聚装备，，，，，，实现高速互联。。。。。

值得一提的是，，，，，，NPO/CPO的手艺和产品研发，，，，，，并不是一件简朴的事情，，，，，，背后是对一家企业整体研发实力的磨练。。。。。

这次stake官网网络宣布NPO/CPO产品，，，，，，是他们一连投入资源举行艰辛研发和立异的效果，，，，，，也体现了他们在这个领域的手艺领先性。。。。。

stake官网网络在2019年最先关注硅光领域手艺，，，，，，2020年6月正式建设研发及产品团队。。。。。作为OIF/COBO的成员，，，，，，他们一直都有加入事情组全球聚会，，，，，，加入相关标准的讨论和制订。。。。。

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OIF事情组全球聚会现场

在硅光这个偏向上，，，，，，stake官网网络已经走在了前线，，，，，，未来可期。。。。。

█ 结语

好了，，，，，，先容了这么多，，，，，，相信各人已经看明确，，，，，，究竟什么是NPO/CPO了。。。。。

这两项手艺，，，，，，是数据中心网络装备毫无疑问的生长偏向。。。。。在现在的数字化浪潮下，，，，，，我们对网络通讯能力的追求是无止境的。。。。。在追求性能的同时，，，，，，我们也要起劲平衡功耗。。。。。事实，，，，，，我们要走的是可一连性生长的蹊径。。。。。

希望以NPO/CPO为代表的硅光科技，，，，，，能够进一步加速落地，，，，，，为信息基础设施的绿色低碳做出孝顺。。。。。

未来，，，，，，硅光手艺事实还会带来怎样的手艺立异？？？？？？让我们拭目以待吧！

相关推荐：
● 一文相识液冷数据中心
● 一文相识硅光NPO+液冷交流机

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