À medida que os tamanhos dos clusters de IA continuam a expandir, o consumo de energia das portas de módulos ópticos 800G/1.6T tornou-se um gargalo crítico para o PUE dos data centers. Embora os módulos ópticos tradicionais totalmente baseados em DSP (FRO – Fully Retimed Optics) ofereçam padrões maduros e longas distâncias de transmissão, seu consumo de energia de porta única de 14–16 W é frequentemente alto demais para ser viável. Como resultado, a indústria evoluiu para além da arquitetura linear tradicional baseada em DSP, dando origem a duas abordagens principais: LPO e LRO/TRO.

LPO (Linear Pluggable Optics) elimina completamente o chip DSP dentro do módulo. O lado TX utiliza um laser de acionamento direto linear, enquanto o lado RX envia o sinal analógico diretamente de volta para o Host ASIC após passar por um TIA; a equalização, o CDR e a decodificação FEC são então realizados pelo chip de comutação SerDes – um design também conhecido como arquitetura "Zero Retimed". Suas vantagens são significativas: para portas OSFP- 800G, o consumo de energia típico é reduzido para 5–8 W, representando uma economia de energia de mais de 50%; a latência de processamento interno do módulo é inferior a 3 ns (excluindo o atraso de propagação da fibra óptica); e o custo teórico da BOM é reduzido em aproximadamente 15%–20%. No entanto, esta abordagem traz compensações: a distância de transmissão é limitada (para o DR8 de modo único, o alcance típico é ≤500 m; em cenários multimodo, é de aproximadamente 100 m), e depende fortemente do desempenho do Host SerDes e da consistência do canal; a depuração do sistema é complexa e os padrões de interoperabilidade ainda estão sendo finalizados; é adequado para interconexões de curtíssimo alcance dentro de um único rack ou entre racks adjacentes.

LRO (Linear Receive Optics) e TRO (Transmit Retimed Optics) são essencialmente duas nomenclaturas diferentes para o mesmo design arquitetônico — o primeiro é chamado de "linear" a partir do lado RX, enquanto o último é chamado de "retimed" a partir do lado TX e também é conhecido como arquitetura HalfRetimed. Nesta arquitetura, o lado TX mantém um DSP para modelagem e retiming de sinal, enquanto o lado RX elimina o DSP e emprega um TIA linear para saída direta de sinal. Esta abordagem atinge um equilíbrio entre a qualidade do sinal no lado de transmissão e o consumo de energia no lado de recepção: um módulo 800G encapsulado em OSFP consome normalmente cerca de 8–10 W; produtos comerciais de produção em massa suportam normalmente uma distância de transmissão de 2 km, enquanto versões personalizadas podem suportar até 5 km; a latência de processamento interno do módulo é de aproximadamente 6 ns (excluindo o atraso de propagação da fibra óptica), tornando-o adequado para interconexões de data center de médio e curto alcance. Durante as discussões sobre as iterações de produtos 1.6T de próxima geração, a indústria concorda amplamente que o LRO/TRO oferece vantagens de compensação mais pronunciadas em termos de desempenho e compatibilidade de ecossistema, e espera-se que tenha maior viabilidade de implantação do que o LPO.

Figura 1: Evolução da Arquitetura de Módulos Ópticos – Comparação de Fluxos de Sinal FRO/LROTRO/LPO

Tabela 1: Comparação dos Principais Parâmetros para Três Arquiteturas de Módulos Ópticos

Observações:

1. O consumo de energia e a latência representam os valores de referência internos para o módulo OSFP 800G DR8/2×FR4; esses valores não incluem a latência de transmissão da fibra; os parâmetros específicos para diferentes tipos de pacotes, motores ópticos e especificações de distância podem variar.
2. Alcance típico: LRO – Modelos convencionais de produção comercial em massa oferecem 2 km e 5 km como opções personalizadas; LPO ≤ 500 m é a especificação DR8 de modo único; o LPO multimodo varia aproximadamente até 100 m; FRO – Dependendo da especificação, a versão FR4 suporta até 2 km, enquanto a versão LR4 suporta até 10 km.

No geral, o LPO foi projetado para clusters de IA com requisitos extremos de consumo de energia e baixa latência, enquanto o LRO/TRO oferece uma gama mais ampla de cenários de médio a curto alcance ao equilibrar desempenho e eficiência energética; essas soluções complementam, em vez de substituir, as tecnologias FRO tradicionais. Os critérios principais para a seleção do produto são a distância de transmissão, as capacidades do Host SerDes e a maturidade do ecossistema.

Perguntas frequentes:

P1: Como escolher entre módulos LPO, LRO/TRO ou DSP tradicionais?

R: A seleção depende da distância de transmissão e das capacidades do chip Host. Para distâncias ≤500 m (dentro de um único rack ou para interconexão de curtíssimo alcance entre racks adjacentes), escolha LPO – ele oferece o menor consumo de energia (5–8 W) e latência interna mínima do módulo; para interconexão de DC de curto a médio alcance de 25 km, escolha LRO/TRO – esta opção equilibra o consumo de energia e a distância de transmissão; para distâncias superiores a 5 km ou aplicações que exigem funcionalidade plug-and-play e transmissão de longo alcance, use módulos DSP tradicionais. Além disso, verifique se o SerDes do chip de comutação suporta o modo de recepção linear – o SerDes de switch padrão não pode operar diretamente no modo LPO/LRO.

P2: Com a remoção do DSP do LPO, como a qualidade do sinal e a taxa de erro de bit são garantidas?

R: O LPO migra a equalização (CTLE/FFE/DFE), a recuperação de clock (CDR) e a decodificação FEC do módulo para o bloco SerDes do chip de comutação do lado do Host. Isso impõe requisitos mais rigorosos ao desempenho do SerDes do Host e à consistência do canal PCB; desde que o SerDes do Host atenda à capacidade de equalização necessária e às especificações de desempenho do canal PCB, a abordagem linear permite baixa perda de link e baixa dispersão cromática em cenários de curto alcance, satisfazendo assim os requisitos de taxa de erro de bit pré-FEC.

P3: LRO e TRO são a mesma coisa? Por que eles têm dois nomes diferentes?

R: Estas são duas convenções de nomenclatura para a mesma abordagem arquitetônica. LRO (Linear Receive Optics) é nomeado a partir da perspectiva do lado do receptor — ou seja, processamento linear no lado RX sem um DSP; TRO (Transmit Retimed Optics) é nomeado a partir da perspectiva do lado do transmissor — ou seja, mantendo o retiming baseado em DSP no lado TX. Ambos os termos referem-se a uma arquitetura semi-linear (HalfRetimed) onde o lado TX utiliza um DSP enquanto o lado RX emprega processamento linear; esta terminologia é frequentemente usada de forma intercambiável na indústria.

P4: O módulo LPO/LRO pode ser conectado a um módulo DSP tradicional?

R: Quando os parâmetros da camada óptica (comprimento de onda, potência, formato de modulação) são consistentes, as interfaces ópticas podem ser conectadas fisicamente; no entanto, as arquiteturas de ressincronização/processamento de sinal LPO/LRO e FRO são inteiramente diferentes, e atualmente não existe um padrão de interoperabilidade maduro, tornando a integração direta de serviços impossível na grande maioria dos cenários; apenas versões personalizadas específicas de fornecedores podem ser integradas após extensas depurações conjuntas, mas estas não oferecem interoperabilidade universal. Atualmente, organizações como a OIF estão trabalhando no desenvolvimento de padrões de interoperabilidade para módulos ópticos lineares, e o ecossistema ainda está amadurecendo.