下一代数据中心应用程序将延续数据密集型使用模型和资源分解的趋势。为了满足这种要求，需要针对性考虑每个组件的成本、功耗、延迟和总体带宽。基于云的网络的转变将数据负载集中在超大规模数据中心，网络设备升级侧重于更密集、更便宜和更快的实施，从而扩展数据网络带宽。这些升级是随着网络设计发生变化而发生的，其所需的互连性需要将高速交换机和光学互连，以维持应用程序的开发。

随着这些市场驱动因素产生更大的带宽需求，技术限制使得可插拔技术进行互连变得困难，因为与现有设计相比，足够的带宽开始对空间和尺寸产生影响。电路板或模块上的嵌入式光学器件已经被讨论和部署了好几代。直接安装在主机PCB上或直接安装在计算模块或插座附近的光学器件适用于超级计算机等特定应用。板载光学(OBO)或共封装光学(CPO)模块均提供服务器PCB内的互连。板载光学联盟(COBO)成员开发了一种嵌入式光学模块外形：支持400G、800G及更高速率的板载光学模块规范。对于CPO模块，模块对形状、尺寸和功率的要求正在通过各种联盟、多供应商协议(MSA)以及IEEE或OIF等标准机构进行协调。

从面板上移除光学可插拔件提供了重新评估面板设计配置的机会，以实现光学连接、热量管理以及网络交换机或数据中心服务器的供电。本文将回顾可用于满足所需光学连接的设计选项，并评估对光信号、热和安全标准的潜在影响。

2.CPO交换机系统概述

CPO交换机系统仍然执行与基于可插拔的交换机相同的结构，在各个服务器之间路由数据并将数据路由到整个数据中心。基于CPO的交换机系统会将ASIC和光学引擎集成或共同封装到单个基板上。解决方案需要将ASIC与正确数量的光学引擎共同封装，以达到目标带宽。光收发器的移除，为调整整个交换机的布局和修改创造了新的机会。电气、光学和热冷却以及封装设计的功能将取决于各种解决方案的设计选择。

应选择主机ASIC和（光学）引擎/模块之间的电气互连，以最大限度地降低功耗和成本，同时实现所需的性能指标和机械要求。电气接口性能不仅是插入损耗的函数主机电气互连，它还取决于互连的反射和串扰。随着带宽需求的不断增加，人们提出了多种选择。

可插拔、OBO和CPO设计的电气功能

CPO的电气互联

主机ASIC和CPO光学引擎之间的电气互连没有连接器（但可能有高性能插座）。该通道使用封装或内插器走线来实现良好的信号完整性。CPO设计的实现可以使用封装走线（a）或内插器走线（b）。电气通道的信号完整性由通道布线、插座性能和封装寄生决定。请注意，文中的所有插损都是在112GPAM4信号下计算的

主机ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）与板载光学(OBO)插座和IC（ntegratedCircuit）之间的电气互连没有连接器（但通道两端可能有高性能插座）。这些连接类型也称为近封装光学器件NPO（NearPackagedOptics），因为ASIC和OBOIC理想情况下彼此靠近，以便于实现更短的电气互连。互连可以使用连接到OBO插座的主机PCB走线，或连接到OBO插座的盒内电缆的转接板走线。与封装/内插器和OBO模块的连接通过插座完成。图a显示了使用中介层走线，图b为通过盒内电缆的主机IC到OBO互连。电气通道的信号完整性由封装/内插器通道、盒内电缆、插座性能和封装寄生效应决定。

有多种电气接口选项可用于CPO和OBO互连。最佳电气接口的选择取决于插入损耗、连接器的使用和互连的信号完整性。

设计可以使用线性接口、长距离LR（LongReach）、超短距离VSR（VeryShortReach）或重新定时超短距离接口XSR和XSR+（ExtraShortReach）。有多种电气互操作性设计可供选择，下面总结了CPO或OBO互连的一些相关设计。在所有情况下都需要连续时间线性均衡器（CTLE）、前馈均衡器（FFE）和决策反馈均衡器（DFE）。此处讨论的电气接口选项列在模块时钟和数据恢复（CDR）设计日益复杂的部分中。

非重定时接口利用主机IC的能力来均衡电气和光学互连。模块设计只需要在发送路径中使用CTLE，并在接收路径上预加重（Pre-Emph）。线性接口的CDR为22tapDFE和40tapFFE。

半线性接口在Tx方向上使用XSR+重定时接口，在Rx方向上使用线性接口。由于激光驱动器/调制器的设计，此选项可用于需要在Tx方向重新定时的光学模块设计。半线性接口将具有相同的LRCDR和XSR+CDR的1tapDFE和3tapFFE。

XSR电气接口使用模块中功率最低的重定时器电路。XSRCDR没有数字均衡器，因此光纤CDR仅在5–15tapFFE之间。但是，它不支持更高的插入损耗互连，也不支持连接器。

XSR+电气接口在Tx和Rx方向上都使用低功耗重定时。XSR+CDR是1tapDFE和3tapFFE，而光纤CDR是5–15tapFFE。它需要重新定时光接口在光模块内部完成。它支持一个连接器/插座。

VSR/芯片到模块（VSR/C2M）电气接口传统上用于主机IC到面板可插拔模块。它支持最高损耗的互连，但也要求最高的光模块功耗。VSR电气接口的CDR为4tapDFE和8tapFFE。

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