英伟达，开启硅光新纪元

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随着人工智能计算的快速发展，数据中心网络基础设施面临着日益增长的需求。在2025年3月18日的GTC2025会议上，NVIDIA公布了其开创性的NVIDIA光子学硅光子技术。通过采用共封装光学(CPO)来取代传统可插拔的光学收发器，这一创新使光纤可以直接连接到交换机，预计可将数据中心的电力消耗减少40兆瓦。该技术同时提高了人工智能计算集群的网络传输效率，为下一代大规模人工智能数据中心奠定了基础。

基于这一创新，NVIDIA推出了Spectrum-X和Quantum-X硅光子网络交换机，将电子电路与光通信技术深度集成。这些解决方案使AI工厂能够跨地区互联数百万个GPU集群，同时降源消耗和运营费用。

Spectrum-X以太网平台:专为多租户、超大规模人工智能工厂设计，提供比传统以太网架构高1.6倍的带宽密度，支持世界上最先进的超级计算基础设施。

Quantum-X光子学InfiniBand平台:利用200GbpsSerDes技术，它拥有该平台将144x800Gbps端口，配备液体冷却的硅光子学块。与前几代相比，AI计算速度提高了一倍，实现了5倍的更大可扩展性。

Spectrum-X

NVIDIA Spectrum-X光子学交换机提供多种配置，包括 128 个800 Gb/s 端口或512个200 Gb/s端口，总带宽高达 100Tb/s，以及512个800 Gb/s端囗或2048个200Gb/s 端口，总量高达 400 Tb/s。

Spectrum-XCPO采用多芯片设计。其以太网交换机ASIC具有单芯片包处理引擎，周围有八个SerDes芯片(每边两个)和四个额外的芯片在角落。Spectrum-XCPO芯片的每边包括九个端口，总计36个端口，以800 Gb/s的速度运行。

Quantum-X

这款115.2 Tb/s Quantum-X光子交换器包含2个CPO模块。每个封装模块由一个量子X800 ASIC和6个光学组件组成，总共包含18个硅光子引擎。量子X800 ASIC提供28.8Tb/s的量，并使用台积电的4N工艺，集成了1070亿个晶体管。在每个CPO模块中，直接连接的光学组件具有3个硅光子引擎(每个模块总计18个)和3个紧凑的可插拔连接器，实现4.8 Tb/s的能力。每个硅光子引擎都采用200 Gb/s微环调制器，将功耗降低3.5倍。

在外部连接方面，Quantum-X光子交换器具有144个单模光纤MPO连接器。每个外部光源(ELS)配备有八个激光器(200 mWCW-DFB)，并提供自动温度跟踪以及稳定的波长和功率输出。

总的来说，一个Quantum-X光子学交换机集成了2个CPO模块、18个外部光源和144个MPO连接器，总计4460亿个晶体管，并提供115 Tb/s的量。

InfiniBand CPO将于2025年下半年首先推出，而以太网CPO将于2026年下半年推出。请注意，CPO将是可选的-NVIDIA将继续提供具有可插拔模块的交换机系统。

CPO 技术

CPO是高速网络集群的核心组件，特别是对于需要低延迟和高带宽连接的人工智能集群。与传统基于DSP的可插拔光模块相比，CPO具有显著优势。它通过将ASIC和光学组件-嵌入DSP功能直接集成在ASIC中，消除了对单独DSP芯片的需求。这种创新的封装方法极大地提高了整体模块性能，同时显著降低了数据中心的功耗，而效率是数据中心的关键。此外，由于AI集群需要超高的带宽，CPO可以最小化与信号转换相关的延迟和功率损耗。博通和思科都声称，在一台配备64个800GbE端口的51.2T交换机中，CPO可以比标准的可插拔光模块降低30%的功耗。

NVIDIA的CPO基于新的微环调制器(MRM)，以提高能效。博通的CPO提供了50%的功耗降低(通过去除DSP)，但它是基于马赫-曾德尔调制器(MZM)-光收发器的标准组件。

下图说明了NVIDIA CPO中涉及的各种组件。它从台积电制造的电子和光子集成电路(IC)开始，并组装在一个3D堆栈中。台积电的紧凑型通用光子引擎(COUPE)技术包含一个微透镜，用于表面耦合到光纤阵列。在量子-X光子平台中，这些光引擎组件通过中间件连接到开关ASIC。NVIDIA的CPO合作伙伴包括Browave、Corning、Fabrinet、富士康、Lumentum、Senko、SPlL、住友商事、TFC和台积电。

然而，CPO也面临着一些挑战。CPO模块的固定配置可能带来限制，平衡可靠性与可替换性仍然是一个问题。在传统可插拔光模块系统中，光链路故障只需要移除和更换故障模块。相比之下，CPO系统中的故障需要更换整个系统。CPO光学引擎中使用的硅光子器件提供的可靠性与其他硅基组件(除激光器外)相当，只有ELSFPS可能面临光学故障问题。幸运的是，这些设备支持现场更换。

虽然CPO技术提供了显著的优势，如降低功耗和简化部署，但可插拔的光块仍然是市场的主流。它们的灵活性和成熟的标准化使其继续成为数据中心的首选。

NADDOD 提供高速可插拔的光学解决方案，涵盖200G、400G、800G和前沿的1.6T 硅光子模块。经过大规模集群部署验证，NADDOD 模块表现出卓越的性能、稳定性和兼容性，确保 AI 计算集群的可靠运行。同时，我们行业领先的制造设施和强大的生产管理系统能够无缝支持 InfiniBand/RoCE AI基础设施，确保高质量产品和大规模快速交付。

总结

英伟达推出其1.6Tb/s硅光子CPO交换机，标志着交换和半导体市场的转型阶段。在市场需求激增和技术突破的推动下，CPO正在引领整个行业的颠覆。随着技术的成熟和普及，CPO交换领域有望加速增长，为下一代AI基础设施解锁前所未有的可扩展性。

CPO是人工智能行业漫长旅程的第一步。在短期内，CPO可能会在特定场景下进行试点，例如超大规模集群，而可插拔模块仍将是主流。然而，从长远来看，随着对高带宽传输的需求达到高频信号传输的极限，CPO技术将获得动力。未来，可能会出现混合的“CPO+可插拔”架构，根据应用需求提供灵活的选择。