在數(shù)字化與智能化浪潮的推動(dòng)下，全球數(shù)據(jù)流量正以指數(shù)級(jí)速度增長(zhǎng)。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、人工智能訓(xùn)練集群、云計(jì)算平臺(tái)以及5G/6G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速率、低時(shí)延和高可靠性的光互聯(lián)提出了更高的要求。作為新一代高速光通信的核心器件，[800G光模塊] 逐漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

在800G及更高速率光模塊的設(shè)計(jì)中，DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理芯片） 被廣泛應(yīng)用，其在信號(hào)均衡、誤碼率降低、非線性補(bǔ)償?shù)确矫姘l(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，一些新型的低功耗架構(gòu)如 [LPO] （Linear Pluggable Optics） 與LRO（Linear Receive Optics） 方案也在崛起，開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)DSP主導(dǎo)的方案形成挑戰(zhàn)與補(bǔ)充。

本文將從以下幾個(gè)方面展開(kāi)深入探討：

1，什么是DSP芯片？

2，DSP芯片對(duì)800G光模塊的重要性

3，什么是Transmit Retimed DSP？

4，什么是LPO與LRO？

5，LPO與LRO是否會(huì)完全取代DSP方案？

6，未來(lái)光模塊DSP技術(shù)與新架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)

一、什么是DSP芯片？

DSP芯片是一種專(zhuān)門(mén)用于高速數(shù)學(xué)運(yùn)算和信號(hào)處理的處理器。與通用CPU相比，DSP芯片在處理乘加運(yùn)算（MAC）、濾波運(yùn)算、快速傅里葉變換（FFT）等方面擁有更高的效率和更低的延遲。在光模塊中，DSP芯片的功能主要包括：

信號(hào)均衡 ：補(bǔ)償鏈路中的色散、頻率響應(yīng)不均衡等問(wèn)題。

噪聲抑制 ：提升信號(hào)的信噪比，保證高速率下的誤碼率控制。

非線性補(bǔ)償 ：針對(duì)光纖傳輸中的自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）、四波混頻（FWM）等效應(yīng)進(jìn)行處理。

調(diào)制與解調(diào) ：支持復(fù)雜的調(diào)制格式，如PAM4。

FEC（前向糾錯(cuò)編碼） ：通過(guò)增加冗余比特來(lái)提高抗誤碼能力。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，DSP芯片就是 800G光模塊中的“大腦” ，它對(duì)高速光信號(hào)進(jìn)行采樣、計(jì)算、恢復(fù)和重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

二、DSP芯片對(duì)800G光模塊的重要性

1. 支撐高速率的實(shí)現(xiàn)

800G光模塊通常采用PAM4調(diào)制，每個(gè)符號(hào)可承載2比特?cái)?shù)據(jù)，但PAM4信號(hào)的眼圖較小，抗噪聲能力弱。DSP通過(guò)自適應(yīng)均衡、判決反饋均衡（DFE）、前向糾錯(cuò)（FEC）等技術(shù)，顯著降低誤碼率，使得PAM4能夠在商用網(wǎng)絡(luò)中可靠運(yùn)行。

2. 提升傳輸距離與質(zhì)量

如果沒(méi)有DSP，PAM4信號(hào)的傳輸距離會(huì)被嚴(yán)重限制，誤碼率也會(huì)急劇上升。而在800G場(chǎng)景下，DSP能夠補(bǔ)償色散和失真，使得鏈路傳輸從幾百米擴(kuò)展至數(shù)公里甚至更長(zhǎng)，從而滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)和城域網(wǎng)互聯(lián)的需求。

3. 降低運(yùn)維復(fù)雜度

DSP能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和自適應(yīng)優(yōu)化，使得800G光模塊能夠根據(jù)不同的信道環(huán)境自動(dòng)調(diào)整參數(shù)。這種“即插即用”的能力，大幅降低了數(shù)據(jù)中心運(yùn)維難度。

4. 保障互操作性

不同廠家生產(chǎn)的光模塊，其鏈路環(huán)境和性能可能有所差異。DSP的均衡與FEC功能可以掩蓋這些差異，確保多廠商設(shè)備之間的互通性。

可以說(shuō)，若沒(méi)有DSP，[800G光模塊] 的高可靠性和大規(guī)模部署幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

三、什么是Transmit Retimed DSP？

在800G光模塊設(shè)計(jì)中，DSP有不同的架構(gòu)，其中之一就是 Transmit Retimed DSP 。

Transmit Retimed DSP 是一種在發(fā)射端進(jìn)行重定時(shí)和預(yù)處理的DSP方案。其主要功能包括：

時(shí)鐘恢復(fù)與重定時(shí)（Retiming） ：保證高速信號(hào)在經(jīng)過(guò)PCB走線、連接器和電氣通道時(shí)，仍能保持相位同步和眼圖開(kāi)口度。

預(yù)加重（Pre-emphasis） ：在發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以抵消傳輸通道中的損耗和失真。

波形整形 ：保證信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)的質(zhì)量足夠好，從而減輕接收端的DSP負(fù)擔(dān)。

這種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于能夠有效提升鏈路質(zhì)量，尤其適用于鏈路損耗較高或互操作性要求較強(qiáng)的場(chǎng)景。在部分800G光模塊設(shè)計(jì)中，Transmit Retimed DSP已成為關(guān)鍵方案之一。

四、什么是LPO與LRO？

在節(jié)能降耗的趨勢(shì)下，業(yè)界提出了新的替代性架構(gòu)：LPO（Linear Pluggable Optics） 與 LRO（Linear Receive Optics） 。

1. LPO（Linear Pluggable Optics）

LPO方案的核心理念是去除光模塊內(nèi)部的DSP，信號(hào)不在光模塊內(nèi)進(jìn)行復(fù)雜處理，而是將均衡、糾錯(cuò)等功能轉(zhuǎn)移到主機(jī)側(cè)的交換芯片（Switch ASIC）中完成。

優(yōu)勢(shì)：功耗顯著降低（相比帶DSP的模塊可節(jié)省30%-40%），模塊成本也隨之下降。

劣勢(shì)：對(duì)鏈路質(zhì)量要求更高，且主機(jī)芯片需要具備強(qiáng)大的DSP能力。

2. LRO（Linear Receive Optics）

LRO與LPO類(lèi)似，但它強(qiáng)調(diào)接收端的簡(jiǎn)化，即在接收路徑上不使用DSP，信號(hào)直接交由主機(jī)側(cè)處理。這樣做同樣能夠降低光模塊的功耗與成本。

3. 應(yīng)用場(chǎng)景

LPO與LRO非常適合短距離互聯(lián)（如數(shù)據(jù)中心機(jī)架內(nèi)或機(jī)架間幾米到幾十米的鏈路）。

在長(zhǎng)距離傳輸或鏈路環(huán)境復(fù)雜的情況下，DSP仍然不可替代。

五、LPO與LRO會(huì)完全取代DSP方案嗎？

這是業(yè)界廣泛討論的問(wèn)題。

不會(huì)完全取代DSP
在短距離場(chǎng)景下，LPO和LRO的優(yōu)勢(shì)明顯。但在需要跨越幾百米乃至數(shù)公里的場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）或城域光網(wǎng)絡(luò)，DSP不可或缺。因?yàn)閮H靠交換芯片的均衡，無(wú)法有效補(bǔ)償光纖色散和非線性效應(yīng)。

未來(lái)將長(zhǎng)期共存

帶DSP的800G光模塊 ：適合長(zhǎng)距離、大規(guī)模部署，對(duì)信號(hào)完整性要求高。

LPO/LRO模塊 ：適合短距離、低功耗場(chǎng)景，尤其在AI/ML集群的機(jī)架間互聯(lián)中應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)趨勢(shì)
隨著工藝進(jìn)步，交換芯片的DSP能力不斷增強(qiáng)，LPO和LRO的應(yīng)用范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大，但DSP技術(shù)也會(huì)持續(xù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更低功耗與更高性能。未來(lái)很可能形成 “DSP模塊 + LPO/LRO模塊” 并行發(fā)展 的格局。

六、未來(lái)展望：DSP與新型架構(gòu)的融合發(fā)展

低功耗DSP的發(fā)展
下一代DSP將更加注重能效比，通過(guò)先進(jìn)制程（如5nm/3nm）和專(zhuān)用電路優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)與LPO模塊接近的功耗水平。

AI與機(jī)器學(xué)習(xí)的引入
DSP算法將越來(lái)越智能化，能夠自適應(yīng)不同鏈路環(huán)境，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡與非線性補(bǔ)償，提升800G光模塊的傳輸性能。

1.6T與更高速率的演進(jìn)
800G光模塊是一個(gè)過(guò)渡階段，未來(lái)的1.6T、3.2T光模塊將對(duì)DSP和LPO/LRO架構(gòu)提出更高要求。多種架構(gòu)的融合將成為主流趨勢(shì)。

總結(jié)

DSP芯片是800G光模塊的核心組件，承擔(dān)著信號(hào)均衡、誤碼率降低、非線性補(bǔ)償?shù)戎匾蝿?wù)。Transmit Retimed DSP則通過(guò)重定時(shí)和預(yù)加重等技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)射信號(hào)質(zhì)量。而LPO與LRO 的出現(xiàn)，提供了更低功耗和更低成本的替代方案，在短距離場(chǎng)景中具備很大優(yōu)勢(shì)。

然而，LPO與LRO并不會(huì)完全取代DSP方案，兩者將在不同應(yīng)用場(chǎng)景中長(zhǎng)期共存。未來(lái)，隨著技術(shù)演進(jìn)，DSP與新型架構(gòu)的邊界可能會(huì)進(jìn)一步模糊，形成更加靈活、多樣化的光模塊生態(tài)。

可以預(yù)見(jiàn)，800G光模塊將在DSP與LPO/LRO方案的共同推動(dòng)下，不斷邁向更高速率、更低功耗、更強(qiáng)適應(yīng)性的方向，成為支撐下一代數(shù)據(jù)中心與通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基石。

審核編輯 黃宇