在AI算力爆发式增长的时代，数据中心正面临一场静默的能源危机。当业界聚焦于GPU的百瓦级功耗时，一个被忽视的"功耗黑洞"正在网络层悄然吞噬着宝贵的电力资源——光模块中的DSP芯片。在400G高速光模块中，DSP芯片功耗可达4W，占模块总功耗的50%以上；在800G光模块中，搭载DSP的方案功耗高达16-18W，而整个模块的功耗预算正逼近散热极限。随着AI服务器集群规模从万卡向十万卡、百万卡演进，光模块功耗将成为制约数据中心扩张的硬约束。

这一困境催生了LPO技术的诞生。LPO的核心创新在于彻底移除光模块内部的DSP芯片，将信号处理功能转移至交换机ASIC的SerDes中，通过线性模拟驱动实现电光信号的直接转换。这一架构变革不仅是对传统光模块设计的颠覆，更是对数据中心能效瓶颈的精准破局。

DSP芯片的功能定位与功耗困境

DSP在光模块中的核心作用

在传统高速光模块中，DSP芯片扮演着"信号修复大师"的角色。当电信号从交换机ASIC通过PCB走线传输至光模块时，信号完整性已遭受严重劣化：高频衰减、码间干扰、时钟抖动等问题叠加，使得原始信号难以直接驱动激光器或光电探测器。

DSP芯片通过数字均衡、时钟恢复、前向纠错和PAM4编解码等功能解决这些问题。它采用FFE前馈均衡、DFE判决反馈均衡等算法补偿信道损耗，从接收信号中提取时钟信息实现位同步，通过Reed-Solomon或LDPC编码纠正传输误码，并将二进制数据映射为四电平脉冲幅度调制信号。这些功能使得光模块能够容忍高达30-35dB的链路损耗，支持10公里以上的传输距离，并实现多厂商设备的互联互通。

功耗危机的量化分析

然而，这些强大功能的代价是惊人的功耗。以400G光模块为例，7nm DSP芯片功耗约4W，占模块总功耗的50%-57%。800G DSP方案功耗达16-18W，其中DSP占比超过60%。1.6T DSP方案功耗预计超过25W，已接近风冷散热极限。

在超大规模数据中心场景中，光模块的累计功耗触目惊心。以某头部云服务商的万卡AI集群为例，光模块总功耗突破15MW，相当于3000个普通家庭的年用电量。随着AI服务器集群规模持续扩张，光模块功耗将成为制约数据中心发展的硬约束。

延迟累积的性能瓶颈

除了功耗，DSP处理还引入了显著的延迟。传统DSP光模块的信号处理路径中，每个环节的DSP处理带来2-3ns的额外延迟，端到端累积可达80-100ns。在AI训练场景中，频繁的All-Reduce集体通信操作对延迟极其敏感。研究表明，网络延迟每增加1微秒，大规模AI训练的整体效率可能下降0.5%-1%。当延迟累积达到微秒级时，GPU集群的计算效率将遭受实质性损害。

成本与供应链风险

从经济维度看，DSP芯片是光模块BOM成本的重要组成部分。在400G光模块中，DSP占BOM成本的20%-40%。高端DSP芯片单价可达数十美元，且供应商高度集中，主要来自Broadcom、Marvell等少数厂商。7nm和5nm先进制程的产能紧张，使得DSP芯片交付周期长达26-52周，供应链风险不容忽视。

这些因素共同构成了移除DSP芯片的原始动力——不是否定DSP的技术价值，而是在特定场景下寻求更优的能效比和成本结构。

LPO技术的架构创新与工作原理

LPO的核心架构变革

LPO技术的本质是一种"功能转移"架构：将原本由光模块DSP承担的信号处理任务，迁移至交换机ASIC的SerDes中完成，光模块仅保留高线性度的模拟前端电路。

LPO模块的简化架构包括高线性度激光驱动器，集成CTLE连续时间线性均衡；高线性度跨阻放大器，集成EQ均衡功能；完全无DSP、无CDR，依赖主机侧ASIC SerDes进行数字信号处理。这种架构成立的技术前提是先进CMOS工艺使得交换机ASIC的SerDes具备强大的信号处理能力，其线性度和抗噪性能足以补偿短距离链路的信号损伤。

线性直驱的技术机理

LPO的"线性直驱"体现在信号传输的透明性。传统DSP方案的信号路径中，ASIC SerDes经过弱均衡后通过PCB走线，再经过光模块DSP进行强均衡和时钟恢复，最后到达驱动器和激光器，整个过程涉及复杂的数字处理，带来高功耗和高延迟。

LPO方案的信号路径则大为简化。ASIC SerDes进行强均衡后直接通过PCB走线，经过短距损耗可控的传输后，由线性驱动器进行弱均衡即可驱动激光器。整个过程采用模拟直驱方式，实现低功耗和低延迟。关键区别在于LPO要求主机ASIC SerDes具备更强的发射端FFE前馈均衡和接收端DFE/CTLE能力，以补偿移除DSP后的功能缺失。

关键技术组件解析

CTLE连续时间线性均衡器是LPO模块中的核心模拟电路，通过在频域上提升高频分量来补偿信道损耗。与DSP的数字均衡不同，CTLE是模拟电路，功耗极低，但均衡能力有限，通常只能补偿5-10dB的损耗。

高线性度TIA和Driver是LPO的另一关键组件。LPO要求TIA和Driver具备极高的线性度，以确保PAM4四电平信号的完整性。任何非线性失真都会导致信号眼图闭合，增加误码率，这要求光器件与电芯片的精密匹配和校准。

LPO仍采用PAM4调制以提升频谱效率，但依赖主机侧ASIC完成PAM4编解码。同时FEC功能也转移至主机侧，通常采用轻量级FEC或直方图FEC以平衡纠错能力与延迟。

移除DSP的三大核心价值

功耗革命：从"电老虎"到"节能标兵"

移除DSP带来的功耗降低是LPO最直观的价值。实测数据显示，400G DR4光模块的DSP方案功耗为12W，LPO方案功耗降至6-8W，降幅达33%-50%。800G DR8光模块的DSP方案功耗为16-18W，LPO方案降至8-10W，降幅44%-50%。800G硅光方案的功耗从13W以上降至4W以下，降幅接近70%。1.6T OSFP光模块的功耗从20W以上降至10W以下，降幅超过50%。

以Meta的Grand Teton AI架构为例，采用LPO方案后，单个机架的光模块功耗从3.6kW降至1.8kW，每年节省电费超过数万美元。在十万卡级AI集群中，这种节省将放大至兆瓦级，直接降低数据中心的PUE电能使用效率和碳排放。

功耗降低还带来连锁效益。模块工作温度降低10-15°C，风冷设计即可满足需求，可靠性也随之提升。温度每降低10°C，光器件失效率下降约50%。低功耗还允许更密集的端口布局，1U交换机可支持36个800G端口。

延迟优化：满足AI训练的实时性需求

LPO的延迟优势源于信号处理路径的缩短。DSP方案延迟约80-100ns，DSP处理占主导；LPO方案延迟小于1ns，采用纯模拟传输。这种数量级的延迟降低对AI训练至关重要。

在分布式深度学习中的All-Reduce操作，每个迭代步骤都需要频繁的梯度同步。网络延迟的累积会显著拉长训练时间，增加GPU空闲等待。LPO的亚纳秒级延迟使得GPU集群的通信效率最大化，实测可提升AI训练吞吐量10%-15%。对于高频交易、实时渲染等延迟敏感型应用，LPO同样是不可替代的选择，这些场景要求端到端延迟控制在微秒级。

成本重构：BOM优化与供应链简化

移除DSP直接降低了光模块的物料成本。省去占成本20%-40%的DSP芯片，整体成本降低20%-40%。PCB设计得以简化，无需为DSP设计复杂的多层PCB走线。测试流程也相应简化，省去DSP的固件加载和校准流程。供应链风险降低，减少对单一DSP供应商的依赖。

更重要的是，LPO保留了可插拔形态，相比CPO共封装光学的固定封装，LPO支持热插拔、独立升级和多供应商选择，大幅降低了运维复杂度和总体拥有成本。

技术边界与应用场景

LPO的能力边界

移除DSP并非没有代价。LPO的技术局限主要体现在传输距离受限。LPO的链路预算通常在10-15dB，适用距离为多模光纤100米以内，单模光纤500米至2公里。超过此距离，信号劣化超出线性均衡的补偿能力，误码率将急剧上升。因此LPO不适用于数据中心互联、城域网骨干网传输，以及跨园区或跨城市的广域连接。

互操作性挑战也是LPO的局限之一。LPO要求主机ASIC SerDes与光模块的精密匹配，这带来生态系统锁定问题，特定LPO模块需搭配特定交换机芯片。多厂商互通困难，不同厂商的SerDes性能差异可能导致兼容性问题。标准化滞后，IEEE尚未发布LPO专用标准，目前主要依赖OIF光互联论坛的规范。

在200G每通道速率用于1.6T模块下，LPO的可行性尚未得到大规模验证。更高频率的信号对PCB走线、连接器、光器件的线性度提出了更严苛的要求，目前业界对此仍存在争议。

最佳应用场景

基于上述边界，LPO最适合AI和HPC集群内部互联场景。包括机架内服务器与ToR交换机之间，距离小于5米；机架间同一集群内的叶脊连接，距离小于100米；以及GPU直连场景如DGX等AI服务器内部GPU间的高速互联。这些场景距离短、链路质量可控，且对延迟和功耗极度敏感，是LPO的"甜蜜点"。

数据中心叶脊架构也是LPO的理想应用场景。叶交换机与脊交换机的距离通常在100米至2公里范围内，且链路环境相对统一，LPO可在此场景下大规模部署，显著降低网络层功耗。

存储网络中的NVMe over Fabrics协议互联对延迟要求苛刻，LPO的低延迟特性可最大化存储性能，支持更多存储节点的大规模扩展。

LPO与DSP、CPO的技术竞合

LPO与DSP的互补关系

LPO不会完全取代DSP光模块，两者将长期共存。DSP光模块适用于10公里以上的传输距离，功耗较高但互操作性强，适合DCI、城域网和长距传输。LPO光模块适用于2公里以内的传输距离，功耗低、延迟低，适合AI集群和数据中心内部。这种分工类似于公路运输与铁路运输，DSP负责长距离复杂环境的干线运输，LPO专注于短距离高效率的最后一公里。

LPO与CPO的演进路径之争

CPO将光引擎与ASIC芯片封装在一起，进一步缩短电互连距离，功耗可比LPO再降40%。但CPO的代价是不可热插拔，光引擎与ASIC固定封装，故障需更换整板。生态系统封闭，交换机、芯片、光模块深度绑定，多厂商选择受限。维护成本高，现场维护复杂，宕机风险增加。

LPO则保留了可插拔的灵活性，是当前800G和1.6T时代最具落地潜力的务实选择，而CPO更适合3.2T及更高速率的远期场景。

LRO折中方案

LRO是LPO的变体，仅在接收端移除DSP，发射端保留轻量级DSP。这种半去DSP设计功耗降低约30%-40%，低于LPO的50%，但兼容性提升，发射端DSP确保与现有系统的互通，适用距离可扩展至5-10公里。LRO适合对功耗敏感但需一定互通性的场景，是向LPO过渡的中间形态。

产业进展与未来演进

商用化里程碑

2024至2025年，LPO技术从实验室走向规模商用。Meta在Grand Teton AI架构中商用400G和800G LPO模块。中际旭创800G LPO模块批量出货，硅光方案占比持续提升。华工正源发布1.6T OSFP LPO模块，功耗低于10W。芯速联800G OSFP LPO硅光模块亮相OFC 2025，功耗降低超50%。据LightCounting预测，2025年LPO在800G市场的渗透率将达15%-20%，2026年提升至30%以上。

技术演进方向

随着单通道速率提升至200Gbps，LPO面临更大挑战。行业正通过TFLN薄膜铌酸锂调制器突破，其3dB带宽达108GHz，支持200G每通道。先进封装技术如2.5D和3D封装缩短电互连距离。智能均衡利用AI算法优化CTLE和DFE参数，提升补偿能力。

未来可能出现可插拔CPO形态，光引擎与ASIC共封装，但通过光学连接器实现可插拔，兼顾性能与灵活性。IEEE 802.3dj正在制定800G和1.6T标准，OIF的CEI-224G规范将为200G每通道LPO提供技术基础，预计2026至2027年LPO将获得更完善的标准支持。

结论：移除DSP的技术哲学

移除LPO光模块中的DSP芯片，不是对数字信号处理技术的否定，而是对"功能下沉"架构哲学的践行。在摩尔定律放缓、功耗墙凸显的背景下，将通用计算转移至更高效的主机ASIC，保留专用模拟电路，是系统级优化的必然选择。

这一变革的三重价值清晰可辨。能效维度上功耗降低50%至70%，直接缓解数据中心的能源危机。性能维度上延迟从百纳秒级降至亚纳秒级，释放AI集群的计算潜力。经济维度上BOM成本降低20%至40%，供应链风险分散。

当然，LPO并非万能药。其传输距离受限、互操作性挑战、标准化滞后等问题，决定了它将与DSP方案长期共存，各自服务最适合的场景。正如业界共识，DSP是全能选手，LPO是短跑冠军，CPO是未来方向。

在AI算力军备竞赛进入白热化的2025年，LPO技术的成熟商用标志着光互连领域从"带宽优先"向"能效优先"的战略转型。移除DSP芯片，不仅是电路设计的简化，更是对整个数据中心能效架构的重新思考。当每一瓦特电力都变得珍贵，当每一纳秒延迟都影响竞争力，LPO所代表的"少即是多"哲学，将成为下一代光互连技术的核心信条。