AIトレーニング、推論、およびハイパフォーマンスコンピューティングは、スイッチ容量を51.2 Tbpsおよび102.4 Tbpsクラスへと押し上げています。同時に、800Gおよび1.6Tインターフェースは、データセンター内に配備される高速光リンクの数を増加させています。課題はもはや帯域幅だけではありません。電気信号損失、モジュール電力、冷却、前面パネル密度、および保守がシステムレベルの設計制約になりつつあります。

従来のプラガブル光モジュールは、スイッチングシリコンと前面パネルモジュール間の比較的長いPCB電気経路に依存しています。デジタル信号プロセッサ（DSP）は、結果として生じる信号劣化を補償しますが、その補償は電力と熱を追加します。リニアドライブ・プラガブル光モジュール（LPO）、ニアパッケージ光モジュール（NPO）、およびコパッケージ光モジュール（CPO）は、光変換の場所を変更し、高速電気経路を段階的に短縮することでこの問題に対処します。

これらのアーキテクチャは、あるテクノロジーが即座に別のテクノロジーに取って代わる単純なシーケンスとして見るべきではありません。LPOは互換性と低消費電力を重視し、NPOは光エンジンをスイッチングシリコンに近づけながらもある程度の交換可能性を維持し、CPOは最高の統合性と帯域密度を目指します。それらの価値は構築されるネットワークに依存します。

従来のプラガブル光モジュールが限界に達している理由

従来のアーキテクチャでは、スイッチングシリコンはシステムPCBに実装され、光モジュールは前面パネルに取り付けられます。したがって、高速電気信号は光モジュールに到達する前に基板上を数十センチメートル移動する可能性があります。

112Gおよび224Gの電気信号レートでは、これらの配線の管理がますます困難になります。経路が長くなると、挿入損失、クロストーク、波形歪みが発生します。通常、光伝送前に信号を等化および補正するためにモジュール側DSPが使用され、電気チャネル上での信頼性の高い通信を維持するのに役立ちます。

DSPは重要な信号完全性の問題を解決しますが、同時に3つのより広範なシステム制約にも寄与します。

光パワーがシステムレベルの問題になる

高密度の800Gおよび1.6T展開では、光インターフェースの電力はもはやスイッチ消費量の小さな割合ではありません。従来の800G DR8プラガブルモジュールはポートあたり約18〜25 Wを消費する可能性があり、高密度構成では光モジュールが機器総電力の50%近くを占めることがあります。

64ポートの800Gスイッチの場合、すべてのポートにこの範囲のモジュールを実装すると、光モジュールだけで約1,152〜1,600 Wの電力になります。その負荷は、電源、ファン速度、気流計画、ラックレベルの冷却能力に直接的な影響を与えます。

長い電気チャネルの補償がより困難になる

DSPベースの等化は多くの劣化を補正できますが、PCB接続を物理的に短くするわけではありません。インターフェース速度が上がるにつれて、電気損失とクロストークの制御が難しくなり、追加の信号処理が電力とレイテンシーを増加させる可能性がありますが、基盤となるチャネルは長いままです。

前面パネルの密度が物理的限界に達する

従来のプラガブルモジュールは機器の前面パネルのケージを占有します。ポート数が増えるにつれて、前面パネルの面積がもう一つの制限リソースになります。多くの高電力モジュールを同じ領域に集中させると、厳しい熱環境も生み出します。

電気経路を短縮する3つの方法

3つのアーキテクチャの本質的な違いは、スイッチングシリコンと光変換の間の距離です。光デバイスをスイッチングデバイスに徐々に近づけることで、非常に高速な信号を伝送しなければならない電気チャネルが短縮されます。

リニアドライブ・プラガブルアーキテクチャ

LPOは、使い慣れた前面パネルプラガブルフォーマットを維持しますが、光モジュールからDSPを削除します。リニア信号処理機能はスイッチング側に移され、モジュールは主に光変換とリニア増幅に焦点を当てます。

簡略化された信号経路は次のとおりです：

スイッチングシリコン → リニアドライブ → プラガブル光変換 → ファイバ

主な利点は運用の継続性です。光インターフェースはプラガブルのままであり、確立された高密度フォームファクタを引き続き使用できます。そのため、データセンター運用者は機器全体の保守モデルを即座に変更することなく光パワーを削減できます。

ニアパッケージ光エンジン

NPOはより統合されたアプローチを採用します。光変換機能を前面パネルに維持する代わりに、光エンジンはシステム基板上のスイッチングシリコン近くに実装されます。

電気信号経路は約2〜5 cmに短縮できます：

スイッチングシリコン → 2〜5 cm PCB接続 → 基板実装光エンジン → ファイバ

技術資料で説明されているアーキテクチャは、電気信号損失を13 dB未満にすることを目標とし、モジュール側DSP処理を引き続き回避します。外部レーザー光源が光ソースを提供し、近くの光エンジンが送受信変換を実行します。

光エンジンが別個のコンポーネントであるため、NPOは完全にコパッケージ化された設計よりも高い保守性を維持し、LPOよりも高い統合性を実現します。

チップレベル光統合

CPOは光エンジンをスイッチングシリコンと同じパッケージ基板上に移動させます。センチメートル単位のPCB配線の代わりに、高速電気接続はミリメートルスケールに縮小されます。

経路は次のようになります：

スイッチングシリコン → コパッケージ光エンジン → ファイバ

このアプローチは、スイッチングデバイスと光変換ステージ間の長い電気相互接続の大部分を除去します。したがって、高い帯域密度、低消費電力、低電気経路損失のための最大の可能性を提供します。

トレードオフは、光学系とスイッチングプラットフォーム間の結合がより緊密になることです。サービス手順、熱設計、信頼性計画は、各光インターフェースを独立した前面パネルモジュールとして扱うのではなく、システムおよびパッケージレベルで考慮する必要があります。

電力、密度、保守性の比較

すべてのデータセンターに最適な単一の光アーキテクチャは存在しません。低消費電力と短い電気経路は、保守、プラットフォームの複雑さ、展開の柔軟性、技術的成熟度とのバランスを取る必要があります。

LPOは従来のプラガブルインターフェースの物理的操作モデルを維持しながらモジュール電子機器を変更します。これにより、フィールド交換が依然として重要である環境への導入が比較的容易になります。

NPOは、はるかに短い電気経路と引き換えに、より多くのシステム統合を受け入れます。光エンジンがスイッチングパッケージから分離されているため、電気効率と保守性の間の妥協点を提供します。

CPOは統合に最大の重点を置いています。帯域密度が上昇し、電気リンク自体が支配的な制約になるにつれて、その価値は強まります。しかし、同じ統合は、保守を前面パネル光と同じ方法で計画できないことを意味します。

各アーキテクチャが最も適する場所

最も効果的な展開戦略は、デフォルトで最も統合されたテクノロジーを選択するのではなく、データセンターシナリオから始まります。

既存施設とAI推論クラスタ

LPOは、電力削減が必要だが運用者が依然として使い慣れたプラガブルインターフェースを望む既存データセンター（ブラウンフィールド）のアップグレードに適しています。技術ロードマップは、AI推論クラスタや冷却余裕が限られた既存施設を含む、800Gおよび1.6Tの短距離および中距離伝送用に位置付けています。

このタイプの展開は、モジュール側DSP処理に関連する電力負荷を軽減でき、基板実装またはパッケージ統合光モジュールへの即時移行を必要としません。

新規中規模コンピューティングサイト

NPOは、短い電気チャネルを中心にPCBレイアウトを最適化できる新しい機器設計により適しています。これは、より高い統合と実用的な保守要件のバランスを取りながら、800Gおよび1.6Tのラックレベルまたは短距離相互接続を対象としています。

グリーンフィールドAIデータセンターの場合、このアーキテクチャによりシステム設計者は、長い前面パネル接続を継続的に補償する代わりに、ハードウェア設計段階で電気経路を短縮できます。

大規模トレーニングファブリック

CPOは、帯域密度とエネルギー効率が従来の光モジュール交換手順よりも重要になる大規模AIおよびハイパフォーマンスコンピューティングクラスタ向けに位置付けられています。

1.6T以降では、電気経路をパッケージレベルまで短縮することがますます魅力的になります。このアーキテクチャは、大規模トレーニングファブリックにおける超短距離・高基数スイッチングシステムに特に関連しており、数千のアクセラレータが膨大なイースト・ウエストトラフィックを生成します。

段階的移行の計画

光ネットワークのアップグレードは、電力予算、スイッチライフサイクル、サービス手順、想定インターフェース速度を中心に設計されるべきです。最も統合されたアーキテクチャをどこにでも導入すると、不要なコストと保守の複雑さが生じる可能性があります。

稼働中のデータセンターの場合、段階的アプローチは、光モジュールが機器電力の大部分を消費するスイッチを特定することから始めることができます。プラットフォームが依然として前面パネル保守性を必要とする場合、低電力プラガブルアプローチが最も実用的な最初のステップとなる可能性があります。

新しいスイッチ設計はより大きな自由を提供します。光エンジンをPCB上に移動し、スイッチングシリコンから数センチメートルの位置に配置することで、大規模な補償が必要になるほど深刻になる前に電気チャネル損失を低減できます。

完全コパッケージ光モジュールは、インターフェース速度、スイッチ基数、熱密度が従来の前面パネル電気経路の維持をますます困難にするときに、より魅力的になります。

したがって、実用的な意思決定フレームワークは次のように要約できます：

• 低電力とフィールド交換の両方が重要な場合は、プラガブルリニアドライブアプローチを使用する。

• 新しいプラットフォームが基板レベル光エンジンとより短いPCB経路をサポートできる場合は、光をパッケージ近くに移動する。

• 最大帯域密度と最小電気経路長が主要な設計制約になった場合は、コパッケージ統合を検討する。

ハイブリッド展開も妥当です。同じデータセンター環境内で、異なるスイッチ層、機器世代、クラスタサイズが異なる光アーキテクチャを使用できます。

2028年までの市場動向

テクノロジーロードマップは、単一の置き換えイベントではなく、段階的な移行を示しています。

LPOは2025年から大容量採用に向けて動き始めました。2026年中に、800Gおよび1.6T実装は、AI推論および既存データセンターアップグレードシナリオでのバッチ展開に位置付けられています。技術資料で引用されている市場見通しは、2026年のLPO総出荷台数を約300〜400万台と見積もっています。

NPOはより遅い採用曲線をたどります。情報源は、2026年に1.6T NPOを技術成熟段階に位置付け、2026年後半に小規模出荷が見込まれ、2027年に大規模展開が始まるとしています。

CPOは最も長い統合サイクルを持ちます。ロードマップは、2026年末頃に1.6Tの初期パイロット出荷を予想し、その後2027〜2028年に商業展開が拡大するとしています。次世代3.2T CPOについては、2028年以降に広範な実装が進むと見込まれています。

結果として得られる展開パターンは補完的です。2026〜2027年には、LPOとNPOが800Gおよび1.6Tの短距離・中距離市場の大部分を占めると予想され、特に既存データセンターのアップグレードと新規中規模AIクラスタが対象です。2028年以降、CPOは3.2Tおよびそれ以上の高速超大规模トレーニングファブリックにより関連性が高まります。

これは、あるアーキテクチャが別のアーキテクチャのスケール時に消滅することを意味しません。異なる統合レベルは異なる運用上の問題を解決するため、複数のアプローチがデータセンターの世代を超えてアクティブであり続けることができます。

最終メモ

従来のプラガブルモジュールからLPO、NPO、CPOへのシフトは、基本的に急速に増加する光帯域幅によって生じる電気相互接続問題への対応です。

51.2 Tbpsおよび102.4 Tbpsのスイッチ容量において、長いPCB配線、DSP補償、多数の高電力前面パネルモジュールに基づく設計は、電力供給、冷却、物理密度にますます大きな圧力をかけます。電気経路を短縮することでそのバランスが変わります。

LPOはプラガブルインターフェースを維持しながらモジュール側信号処理を簡素化することで、最も破壊が少ない経路を提供します。NPOは光エンジンをスイッチングシリコンから数センチメートル以内に持ち込み、電気効率を向上させながらある程度の交換可能性を保持します。CPOは光を同じパッケージ基板上に持ち込み、最高の帯域密度と最低の電気経路損失を目指します。

したがって、適切なソリューションはネットワークがライフサイクルのどこにあるかに依存します。既存データセンターは互換性と保守性を優先するかもしれず、新しいAIサイトは基板レベル統合を最適化でき、将来の超高密度トレーニングシステムはパッケージレベル光統合を必要とするかもしれません。これらのアーキテクチャを万能な置き換えではなく補完的なオプションとして扱うことは、800G、1.6T、および将来の3.2Tネットワークへのより実用的な道を提供します。

FAQ

LPOは標準的なプラガブル光フォームファクタを引き続き使用できますか？

はい。技術資料で説明されているアーキテクチャは、QSFP-DDやOSFPなどの標準プラガブルフォーマットを維持します。主な変更点は、プラガブル物理インターフェースの排除ではなく、モジュール側DSP処理の削除です。

NPOは光エンジンをスイッチパッケージに恒久的に取り付ける必要がありますか？

いいえ。説明されているNPOアーキテクチャでは、光エンジンはシステム基板上のスイッチングシリコン近くに実装され、独立して交換可能なままにできます。これは、ニアパッケージと完全コパッケージ統合の主な違いの一つです。

外部レーザー光源はニアパッケージ光においてどのような役割を果たしますか？

ここで説明されているNPO実装は、独立した外部レーザー光源（ELS）を使用して光パワーを供給し、基板実装光エンジンが光送受信を処理します。

モジュールDSPを削除することがホスト設計へのより多くの注意を必要とするのはなぜですか？

モジュール側信号処理が削減または削除されると、電気チャネルの品質はスイッチングシリコンの能力、PCBレイアウト、全体的なホスト実装により依存するようになります。したがって、モジュールの複雑さが低くなると、システムレベルの信号完全性エンジニアリングがより重要になります。