是德示波器N1092x系列LPO測試

在數字經濟與 AI 技術飛速發展的今天，數據中心作為算力樞紐正面臨著高性能與低功耗的雙重訴求。傳統光互聯方案雖支撐了數據中心的規模化發展，但在功耗、成本與延遲方面的瓶頸日益凸顯。在此背景下，線性可插拔光學器件（Linear Pluggable Optics , LPO）憑借其創新性設計，成為破解數據中心能效困境的關鍵技術。

本文將從技術原理、核心優勢、挑戰應對及驗證方案等維度，全面解析 LPO 技術的革新價值。

LPO并非對傳統可插拔收發器的顛覆，而是在繼承其可插拔靈活性的基礎上，通過架構精簡實現的效能躍升。其最核心的技術特征是移除了傳統收發器中負責信號再生的 DSP芯片。

傳統收發器依賴 DSP 在發送端和接收端對信號進行重定時、均衡等復雜處理，相當于給信號傳輸加裝了“全程護航的信號修復站”。這種設計雖能提升信號抗干擾能力，但也帶來了額外的功耗、成本與延遲。LPO 則大膽簡化鏈路，僅保留模擬驅動電路（Driver）和跨阻放大器（TIAK）等核心模擬組件，將信號處理的重任轉移給主機端的交換機 ASIC，實現了“輕裝上陣”的設計理念。

圖 1 ：數據中心光互連架構示意

這種 “無 DSP” 架構并非技術倒退，而是基于數據中心短距互聯場景（通常 0~2km）的精準優化。在這類場景中，信道損耗相對可控，主機端的先進均衡技術足以彌補信號傳輸中的失真，從而讓 LPO 在犧牲部分復雜處理能力的同時，換取能效與成本的顯著優勢。

LPO重新定義光互聯效能標準

功耗降低 50%

在 800G 速率下，LPO 模塊的功耗較同速率的重定時模塊降低 50% 以上，這一數字背后是數據中心能效的革命性提升。傳統重定時模塊的 DSP 芯片是主要功耗來源，其復雜的數字信號處理過程需要持續的電力輸入。LPO 移除 DSP 后，功耗水平降至約 7pJ/bit，而全重定時模塊通常為 17pJ/bit，半重定時模塊約 12pJ/bit。

圖2：全重定時、半重定時和LPO模塊結構框圖

對于擁有數十萬臺服務器的超大規模數據中心，這種功耗優勢將轉化為巨大的能源成本節約和碳減排效益。以一個部署 10 萬臺服務器的 AI 集群為例，僅光互聯模塊的年耗電量就可減少數百萬度，相當于數千戶家庭的年用電量，為“綠色算力”目標提供了堅實支撐。

模塊類型

核心特點

功耗效率

適用場景

全重定時模塊

收發兩端均有重定時電路，信號處理能力強

~17pJ/bit

高信道損耗場景，對功耗不敏感的連接

半重定時模塊

發射端有重定時電路，接收端無

~12pJ/bit

中等信道損耗，功耗需求適中的場景

LPO 模塊

無重定時電路，僅保留模擬驅動和 TIA

~7pJ/bit

短中距離互聯，對功耗和延遲敏感的場景（如數據中心內部）

成本降低 10%

LPO 模塊的成本較再定時模塊低 10%，這一成本優勢源于硬件的簡化 —— 移除高成本的 DSP 芯片后，模塊的物料清單成本顯著降低。在 AI 集群規模化擴張的背景下，這種成本優勢將被放大：一個包含 1 萬臺服務器的集群，僅光模塊采購成本就可節省數十萬美元。

更重要的是，LPO 的低成本優勢并未以犧牲兼容性為代價。它保持了傳統可插拔收發器的外形規格（如 QSFP-DD、OSFP），可直接適配現有數據中心的機架與接口，企業無需為升級 LPO 而大規模改造基礎設施，進一步降低了部署門檻。

延遲降低 10%

在 50 米光纖鏈路上，LPO 模塊可將整體延遲減少 10%，這一提升對大型 AI 集群的效率至關重要。傳統模塊中，DSP 芯片的信號再生過程會引入額外的處理延遲，而 LPO 通過移除 DSP，實現了“信號直達”的傳輸路徑。

對于依賴分布式訓練的 AI 大模型而言，節點間的通信延遲直接影響訓練效率。延遲每降低 10%，意味著集群的同步速度提升、訓練周期縮短。例如，一個需要數周訓練的千億參數模型，可能因 LPO 的延遲優化而節省數天時間，顯著提升研發效率。這種“隱形加速”能力，讓 LPO 成為 AI 基礎設施的關鍵賦能技術。

移除 DSP 帶來的技術考驗

移除 DSP 芯片雖帶來顯著優勢，但也給 LPO 的實際應用帶來了新的挑戰，這些挑戰主要體現在性能要求與互操作性兩個維度。

性能挑戰：

對主機信號完整性的極致要求

沒有了 DSP 芯片的 “信號修復” 能力，LPO 模塊對主機收發器的信號完整性提出了更高要求。在發送端，主機需要直接驅動光調制器或激光器（例如 VCSEL、EML），輸出信號質量必須足夠好，以抵御傳輸過程中的損耗與噪聲；在接收端，LPO 模塊需直接接收經過長距離傳輸后可能已高度失真、嘈雜的信號，這對主機端的均衡技術（如 FIR 濾波器、CTLE）是極大考驗。

具體而言，主機通道的損耗特性、噪聲水平、串擾控制都會直接影響 LPO 的傳輸性能。除此以外，單模和多模LPO模塊的信號以及光纖信道特性也各不相同，需要主機端具備自適應的均衡能力，才能確保 LPO 模塊在不同場景下均能穩定工作。

圖3：LPO模塊和重定時模塊的接口規范適配

互操作性挑戰：

標準化與測試的重要性

DSP 芯片在傳統模塊中扮演著 “守門人” 的角色，其強大的信號處理能力可一定程度上掩蓋不同廠商設備間的兼容性差異。而 LPO 移除 DSP 后，主機與模塊、模塊與模塊之間的互操作性問題變得更為突出 —— 任何一方的信號特性偏離標準，都可能導致通信失敗。

這一挑戰倒逼行業加速標準化進程，并建立嚴格的測試驗證體系。不同供應商的主機（如交換機 ASIC）和 LPO 模塊必須遵循統一的接口規范和性能指標，才能實現 “即插即用” 的無縫集成。因此，新的測試流程、驗證方法和參數要求（如 EECQ、CEEQ）成為 LPO 生態成熟的關鍵支撐。

標準與生態的共同推進

LPO 技術的成熟離不開行業標準的支撐，就像 “交通系統” 需要統一的 “交通規則”。目前，LPO 的標準體系正在快速完善：

OIF-CEI-112G-LINEAR標準：

已正式定稿，為 112G 速率的 LPO 產品提供了統一規范，就像 “基礎交通法” 的出臺，明確了核心技術要求。

LPO MSA（多源協議）：

1.0 版本于2025年3月發布，進一步統一了接口規范，確保不同廠商的 LPO 模塊和主機可以互聯互通，就像統一 “充電接口標準”，讓不同品牌設備兼容。

下一代標準演進：

OIF-CEI 224G 線性標準已進入提案階段，未來 LPO 將支持更高帶寬，就像“從雙向兩車道升級為雙向四車道”，滿足更大的數據流量需求。

面對 LPO 的技術挑戰，是德科技通過深度參與標準化活動，結合自身在高速信號測試領域的技術積累，方案不僅能覆蓋 OIF-CEI-112G-LINEAR 標準的全部測試要求，還支持 LPO MSA 規范的前瞻性驗證。通過 “信號生成 - 傳輸 - 測量 - 分析” 的全流程自動化測試，大幅提升了測試效率，幫助廠商快速驗證產品兼容性。

是德科技 LPO 測試 “工具箱”：從設備到方案

為了應對 LPO 測試的復雜性，Keysight 推出了全套測試解決方案，涵蓋硬件設備和軟件工具。

核心測試設備

高性能示波器

如 N1092x 系列（集成 64GBd光CDR）和 N1000A+N1060A（85GHz 電帶寬，集成64GBd電CDR），可捕捉高速信號的細節，測量光眼圖TDECQ、OER、OOMA，以及電眼圖VMA、EECQ、Ceeq 等指標。

誤碼率測試儀（BERT）

M8050A 是 “接收機壓力容限測試專家”，集成了抖動和噪聲注入、碼間干擾調節、非線性失真調節等功能，能生成帶噪聲、失真的壓信號，精準測量接收機誤碼率極限性能。

光參考發射機

N7718C 用于模擬穩定的光信號源，可以產生高達120GBd以上符號率的NRZ、PAM4、PAM6、PAM8等格式的光信號，輔助模塊輸入測試。

軟件工具

FlexDCA（N1010A）是 “數據分析大腦”，支持 EECQ 等新型指標的計算，還能自動優化均衡器參數，提高測試效率。 

是德科技通過 “硬件設備 + 軟件算法” 協同，為 LPO 接口的設計、生產、驗證提供了完整的測試閉環，解決了 LPO 高速通信場景下的信號質量驗證難題，覆蓋從電信號處理到光信號傳輸的全鏈路測試，保障高速光通信系統的穩定運行，幫助企業實現：

確保 LPO 模塊符合 IEEE 802.3bs/cd、OIF-CEI-112G-LINEAR 等行業標準；

提前發現信號衰減、抖動、誤碼等問題，加速產品研發與兼容性驗證；

支撐 100G/400G/800G 等高速光模塊的測試需求，適配智算數據中心、5G 基站等場景。

圖4：是德科技LPO接口驗證與測試解決方案示意

是德科技的 LPO 模塊驗證方案核心配置包括：

M8050A 誤碼率測試儀（BERT）：

作為“信號源”，可模擬支持 LPO 的主機發射機，生成符合標準的 PRBS 圖案信號（如 PRBS13Q、PRBS31Q），并能施加可控的壓力信號（如幅度調整、抖動注入），精準模擬不同質量的主機輸出信號。

N7718C 光參考發射機：

與 M8050A 配合生成光壓力信號，該信號可模擬真實光纖鏈路中的損耗、抖動和噪聲特性，注入到 LPO 模塊中以測試其接收性能。

采樣示波器（如N1000A+N1060A、N1092x）：

作為參考接收機，用于捕獲 LPO 模塊的電和光輸出信號，精準測量 LPO 特有的關鍵指標，包括 EECQ（PAM4電眼圖閉合）、VMA（電壓調制幅度）、Ceeq（均衡器電噪聲增益）等，評估信號質量。

支持 LPO 的誤碼檢測儀（如 M8050A 集成M8043A模塊）：

連接 LPO 模塊的輸出端，實時測量誤碼率（BER）和 FEC 統計數據（如 FLR、誤碼分布統計），驗證模塊在不同信號壓力條件下的接收可靠性。

ISI 測試板：

通過模擬短、中、長距離的主機通道特性（如損耗、反射），幫助驗證 LPO 模塊在不同傳輸距離下的適應能力，確保模塊在多樣化場景中均可穩定工作。

值得注意的是，方案中的大部分設備（如 M8050A、N1000A）均支持 200G 速率測試，不僅能滿足當前 112G LPO 的驗證需求，還可無縫擴展至下一代 224G LPO 模塊的設計與驗證，幫助企業提前布局更高帶寬的技術演進。