本日这篇文章，我们来聊聊数据中央的两项最新黑科技—NPO/CPO。
故事还是要从头开始讲起。
去年，国家发布了“东数西算”计策，吸引了全社会的关注。
所谓“东数西算”，实在便是数据中央的任务分工调度。我们将东部沿海地区的部分算力需求，转移到西部地区的数据中央完成。
之以是这么做，便是由于西部地区能源资源比较充足，而且自然温度较低，可以大幅减少电费以及碳排放。
我们都知道，数据中央是算力的载体，现阶段我们大搞数字化转型和数字经济，离不开算力，也离不开数据中央。但是，数据中央的耗电问题，无法忽略。
根据数据显示，2021年全国数据中央总用电量为2166亿千瓦时，占全国总用电量的2.6%，相称于2个三峡水电站的年发电量，1.8个北京地区的总用电量。
如此胆怯的耗电量，对我们实现“双碳”目标造成了很大压力。
于是乎，行业开始加紧研究，究竟如何才能将数据中央的能耗降下来。
数据中央（IDC）
大家该当都知道，数据中央有一个主要的参数指标，那便是PUE（Power Usage Effectiveness，电能利用效率）。
PUE=数据中央总能耗/IT设备能耗。个中数据中央总能耗，包括IT设备能耗，以及制冷、配电等其它系统的能耗。
我们可以看出，除了用在主设备上的电量之外，还有很大一部分能耗，用在散热和照明上。
以是，捣鼓数据中央的节能减排，思路就在两点：
1、减少主设备的功耗
2、减少散热和照明方面的功耗（紧张是散热）
█ 主设备的功耗寻衅
提及主设备，大家立时就想到了做事器。是的没错，做事器是数据中央最紧张的设备，它上面承载了各种业务做事，有CPU、内存等硬件，可以输出算力。
但实际上，主设备还包括一类主要的设备，那便是网络设备，也便是交流机、路由器、防火墙等。
目前，AI/ML（人工智能/机器学习）的加速落地，再加上物联网的高速发展，使得数据中央的业务压力越来越大。
这个压力不仅表示在算力需求上，也表示在网络流量上。数据中央的网络接入带宽标准，从过去的10G、40G，一起提升到现在100G、200G乃至400G。
网络设备为了知足流量增长的需求，自身也就须要不断迭代升级。于是乎，更强劲的交流芯片，还有更高速率的光模块，统统开始用上。
我们先看看交流芯片。
交流芯片是网络设备的心脏，它的处理能力直接决定了设备的能力。这些年，交流芯片的功耗水涨船高，如下图所示：
交流机芯片功耗变革趋势
值得一提的是，虽然网络设备的总体功耗在持续提升，但是，单Bit（比特）的功耗是持续降落的。也便是说，能效越来越高。
再看光模块。
光模块在光通信领域，拥有主要的地位，直接决定了网络通信的带宽。
早在2007年的时候，一个万兆（10Gbps）的光模块，功率才1W旁边。
随着40G、100G到现在的400G，800G乃至往后的1.6T光模块，功耗提升速率就像坐上了火箭，一起飙升，直逼30W。大家可要知道，一个交流机可不止一个光模块，满载的话，每每就有几十个光模块（如果48个，便是48×30=1440 W）。
一样平常来说，光模块的功耗大约占整机功耗的40%以上。这就意味着，整机的功耗极大可能会超过3000 W。
一个数据中央，又不止一交流机。这背后的功耗，想想都很恐怖。
除了交流芯片和光模块之外，网络设备还有一个大家可能不太熟习的“耗电大户”，那便是——SerDes。
SerDes是英文SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）的简称。在网络设备中，它是一个主要器件，紧张卖力连接光模块和网络交流芯片。
大略来说，便是将交流芯片出来的并行数据，转换成串行数据进行传输。然后，在吸收端，又将串行数据转换成并行数据。
前面提到，网络交流芯片的能力在不断提升。因此，SerDes的速率也必须随之提升，以便知够数据传输的哀求。
SerDes的速率提升，自然就带动了功耗的增加。
在102.4Tbps时期，SerDes速率须要达到224G，芯片SerDes（ASIC SerDes）功耗估量会达到300W。
须要把稳的是，SerDes的速率和传输间隔，会受到PCB材料工艺的影响，并不能无限增加。换句话说，当SerDes速率增加、功耗增加时，PCB铜箔能力不敷，不能让旗子暗记传播得更远。只有缩短传输间隔，才能担保传输效果。
这有点像扔铅球比赛，当铅球越重（SerDes速率越高），你能扔的间隔就越短。
详细来说，SerDes速率达到224G时，最多只能支持5~6英寸的传输间隔。
这意味着，在SerDes没有技能打破的条件下，网络交流芯片和光模块之间的间隔，必须缩短。
综上所述，交流芯片、光模块、SerDes，是网络设备的三座“功耗”大山。
根据设备厂商的数据显示，过去的12年韶光，数据中央的网络交流带宽提升了80倍，背后的代价便是：交流芯片功耗提升约8倍，光模块功耗提升26倍，交流芯片SerDes功耗提升25倍。
信息来源：2020 Cisco and/or its affiliates.All rights reserved.Cisco Public
在此情形下，网络设备在数据中央内的功耗占比，随之不断攀升。
网络设备（赤色）的能耗占比 数据来源：Facebook-OIF CPO Webinar 2020
█ 散热的功耗寻衅
前面小枣君仔细先容了网络设备的功耗寻衅。接下来，我们再看看散热。
事实上，比较对网络设备的功耗提升，散热的功耗才是真正的大头。
根据数据统计，交流设备在范例数据中央总能耗中的占比，仅仅只有4%旁边，还不到做事器的1/10。
但是散热呢？根据CCID数据统计，2019年中国数据中央能耗中，约有43%是用于IT设备的散热，基本与45%的IT设备自身的能耗持平。
即便是现在国家对PUE提出了严格哀求，按照三级能效（PUE=1.5，数据中央的限定值）来算，散热也占了将近40%。
传统的散热办法（风冷/空调制冷），已经不能知足当前高密数据中央的业务发展需求。于是，我们引入了液冷技能。
液冷，是利用液体作为冷媒，为发热部件散热的一种新技能。引入液冷，可以降落数据中央能近90%的散热能耗。数据中央整体能耗，则可低落近36%。
这个节能效果，可以说是非常给力了，直接省电三分之一。
除了散热更强更省电之外，液冷在噪音、选址（不受环境景象影响）、培植本钱（可以让机柜采取高密度布局，减少机房占地面积）等方面也有显著上风。
以是，现在险些所有的数据中央，都在采取液冷。有的液冷数据中央，乃至可以将PUE干到1.1旁边，靠近1的极限值。
液冷，是不是把全体设备全部浸没在液体里呢？
不一定。
液冷的方案，一样平常包括两种，分别是浸没式和冷板式。
浸没式，也叫直接式，是将主设备里发热量大的元器件，全部浸入冷却液中，进行散热。
冷板式，也称间接式，是将紧张散热部件与一块金属板贴合，然后金属板里有冷媒液体流动，把热量带走。现在很多DIY组装电脑，便是冷板式。
做事器采取液冷，已经是非常成熟的技能。那么，既然要上液冷，当然是做事器和网络设备一起上，会更好啊，不然还要搞两套体系。
问题来了，咱们的网络设备，能上液冷吗？
█ NPO/CPO，闪亮登场
当当当！
铺垫了那么多，我们的主角，终于要闪亮登场了。
为了尽可能地降落网络设备的自身事情功耗以及散热功耗，在OIF（光互联网络论坛）的主导下，业界多家厂商，共同推出了——NPO/CPO技能。
2021年11月，海内设备厂商锐捷网络（Ruijie Networks），发布了环球第一款25.6T的NPO冷板式液冷交流机。2022年3月，他们又发布了51.2T的 NPO冷板式液冷交流机（观点机）。
NPO冷板式液冷交流机
NPO，英文全称Near packaged optics，近封装光学。CPO，英文全称Co-packaged optics，共封装光学。
大略来说，NPO/CPO是将网络交流芯片和光引擎（光模块）进行“封装”的技能。
我们传统的连接办法，叫做Pluggable（可插拔）。光引擎是可插拔的光模块。光纤过来往后，插在光模块上，然后通过SerDes通道，送到网络交流芯片（AISC）。
CPO呢，是将交流芯片和光引擎共同装置在同一个Socketed（插槽）上，形成芯片和模组的共封装。
NPO是将光引擎与交流芯片分开，装置在同一块PCB基板上。
大家该当能看出来，CPO是终极形态，NPO是过渡阶段。NPO更随意马虎实现，也更具开放性。
之以是要做集成（“封装”），目的很明确，便是为了缩短了交流芯片和光引擎间的间隔（掌握在5~7cm），使得高速电旗子暗记能够高质量的在两者之间传输，知足系统的误码率（BER）哀求。
缩短间隔，担保高速旗子暗记的高质量传输
集成后，还可以实现更高密度的高速端口，提升整机的带宽密度。
此外，集成使得元件更加集中，也有利于引入冷板液冷。
NPO交流机内部（揭开冷板后） 可以看到，交流芯片和光引擎之间的间隔大幅缩短
NPO/CPO技能的背后，实在便是现在非常热门的硅光技能。
硅光，因此光子和电子为信息载体的硅基光电子大规模集成技能。大略来说，便是把多种光器件集成在一个硅基衬底上，变成集成“光”路。它是一种微型光学系统。
硅光之以是这么火，根本缘故原由在于微电子技能已经逐渐靠近性能极限，传统的“电芯片”在带宽、功耗、时延方面，越来越力不从心，以是，就改走了“（硅）光芯片”这个新赛道。
█ NPO/CPO交流机的进展
NPO/CPO技能是目前各大厂商研究的热门方向。尤其是NPO，由于拥有最优开放生态，家当链更加成熟，可以得到本钱及功耗的最快收益，以是，发展落地更快。
前面提到了锐捷网络的25.6T硅光NPO冷板式液冷交流机。
这款NPO交流机基于112G SerDes的25.6T的交流芯片，1RU的高度，前面板支持64个连接器的400G光接口，由16个1.6T（4×400G DR4）的NPO模块组成，支持8个ELS/RLS（外置激光源模块）。
散热方面，采取了非导电冷却剂的冷板冷却办法。
那款51.2T硅光NPO冷板式液冷交流机，高度不变，将NPO模组从1.6T升级到了3.2T，前面板支持64个800G连接器，每个连接器还可以分成2个400G端口，实现向前兼容。外置光源模块增加到了16个。
51.2T NPO冷板式液冷交流机
在实际组网中，51.2T的NPO交流机（最快在2023年底商用发布），可以运用于100G/200G的接入网络，作为接入&汇聚设备，实现高速互联。
值得一提的是，NPO/CPO的技能和产品研发，并不是一件大略的事情，背后是对一家企业整体研发实力的磨练。
这次锐捷网络能够环球首发NPO/CPO产品，是他们持续投入资源进行艰巨研发和创新的成果，也表示了他们在这个领域的技能领先性。
锐捷网络在2019年开始关注硅光领域技能，2020年6月正式成立研发及产品团队。作为OIF/COBO的成员，他们一贯都有参与事情组环球会议，参加干系标准的谈论和制订。
OIF事情组环球会议现场
在硅光这个方向上，锐捷网络已经走在了天下前列，未来可期。
█ 结语
好了，先容了这么多，相信大家已经看明白，到底什么是NPO/CPO了。
这两项技能，是数据中央网络设备毫无疑问的发展方向。在目前的数字化浪潮下，我们对算力和网络通信能力的追求是无止境的。在追求性能的同时，我们也要努力平衡功耗。毕竟，我们要走的是可持续性发展的道路。
希望以NPO/CPO为代表的硅光科技，能够进一步加速落地，为信息根本举动步伐的绿色低碳做出贡献。
未来，硅光技能究竟还会带来若何的技能创新？让我们拭目以待吧！
