今天这篇文章 ，我们来聊聊数据中心的两项最新黑科技—NPO/CPO。
故事还是要重新起头讲起。
去年 ，国度颁布了“东数西算”战术 ，吸引了全社会的关注。
所谓“东数西算” ，其实就是数据中心的工作分工调整。我们将东部沿海地域的部门需要 ，转移到西部地域的数据中心实现。
之所以这么做 ，就是由于西部地域能源资源比力充分 ，并且天然温度较低 ，能够大幅削减电费以及碳排放。
现阶段我们大搞数字化转型和数字经济 ，离不开数据中心。但是 ，数据中心的耗电问题 ，无法忽视。
凭据数据显示 ，2021年全国数据中心总用电量为2166亿千瓦时 ，占全国总用电量的2.6% ，相当于2个三峡水电站的年发电量 ，1.8个北京地域的总用电量。
如此恐怖的耗电量 ，对我们实现“双碳”指标造成了很大压力。
因而乎 ，行业起头加紧钻研 ，到底若何能力将数据中心的能耗降下来。
数据中心（IDC）
各人应该都知路 ，数据中心有一个沉要的参数指标 ，那就是PUE（Power Usage Effectiveness ，电能使用效能）。
PUE=数据中心总能耗/IT设备能耗。其中数据中心总能耗 ，蕴含IT设备能耗 ，以及造冷、配电等其它系统的能耗。
我们能够看出 ，除了用在主设备上的电量之表 ，还有很大一部门能耗 ，用在散热和照明上。
所以 ，捣鼓数据中心的节能减排 ，思路就在两点：
1、削减主设备的功耗
2、削减散热和照明方面的功耗（重要是散热）
█ 主设备的功耗挑战
说起主设备 ，各人顿时就想到了服务器。是的没错 ，服务器是数据中心最重要的设备 ，它上面承载了各类业务服务 ，有CPU、内存蹬撞件。
但现实上 ，主设备还蕴含一类沉要的设备 ，那就是网络设备 ，也就是互换机、路由器、防火墙等。
目前 ，AI/ML（人为智能/机械进建）的加快落地 ，再加上物联网的高快发展 ，使得数据中心的业务压力越来越大。
这个压力不仅体此刻需要上 ，也体此刻网络流量上。数据中心的网络接入带宽尺度 ，从从前的10G、40G ，一路提升到此刻100G、200G甚至400G。
网络设备为了满足流量增长的需要 ，自身也就必要不休迭代升级。因而乎 ，更强劲的互换芯片 ，还有更高快率的光？ ，十足起头用上。
我们先看看互换芯片。
互换芯片是网络设备的心脏 ，它的处置能力直接决定了设备的能力。这些年 ，互换芯片的功耗水涨船高 ，如下图所示：
互换机芯片功耗变动趋向
值得一提的是 ，固然网络设备的总体功耗在持续提升 ，但是 ，单Bit（比特）的功耗是持续降低的。也就是说 ，能效越来越高。
再看光？。
光？樵诠馔ㄑ读煊 ，占有沉要的职位 ，直接决定了网络通讯的带宽。
早在2007年的时辰 ，一个万兆（10Gbps）的光？ ，功率才1W左右。
随着40G、100G到此刻的400G ，800G甚至以来的1.6T光？ ，功耗提升快率就像坐上了火箭 ，一路飙升 ，直逼30W。各人可要知路 ，一个互换机可不止一个光？ ，满载的话 ，往往就有几十个光？椋ㄈ绻48个 ，就是48×30=1440 W）。
通常来说 ，光？榈墓脑寄颊牡40%以上。这就意味着 ，整机的功耗极大可能会超过3000 W。
一个数据中心 ，又不止一互换机。这背后的功耗 ，想想都很可怕。
除了互换芯片和光？橹 ，网络设备还有一个各人可能不太熟悉的“耗电大户” ，那就是——SerDes。
SerDes是英文SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）的简称。在网络设备中 ，它是一个沉要器件 ，重要掌管衔接光？楹屯缁セ恍酒。
单一来说 ，就是将互换芯片出来的并行数据 ，转换成串行数据进行传输。而后 ，在接管端 ，又将串行数据转换成并行数据。
前面提到 ，网络互换芯片的能力在不休提升。因而 ，SerDes的快率也必须随之提升 ，以便满够数据传输的要求。
SerDes的快率提升 ，天然就带头了功耗的增长。
在102.4Tbps时期 ，SerDes快率必要达到224G ，芯片SerDes（ASIC SerDes）功耗预计会达到300W。
必要把稳的是 ，SerDes的快率和传输距离 ，会受到PCB资料工艺的影响 ，并不能无限增长；痪浠八 ，当SerDes快率增长、功耗增长时 ，PCB铜箔能力不及 ，不能让信号传布得更远。只有缩短传输距离 ，能力保障传输成效。
这有点像抛铅球角逐 ，当铅球越沉（SerDes快率越高） ，你能抛的距离就越短。
具体来说 ，SerDes快率达到224G时 ，最多只能支持5~6英寸的传输距离。
这意味着 ，在SerDes没有技术突破的前提下 ，网络互换芯片和光？橹涞木嗬 ，必须缩短。
综上所述 ，互换芯片、光？椤erDes ，是网络设备的三座“功耗”大山。
凭据设备厂商的数据显示 ，从前的12年功夫 ，数据中心的网络互换带宽提升了80倍 ，背后的价值就是：互换芯片功耗提升约8倍 ，光？楣奶嵘26倍 ，互换芯片SerDes功耗提升25倍。
信息起源：2020 Cisco and/or its affiliates.All rights reserved.Cisco Public
在此情况下 ，网络设备在数据中心内的功耗占比 ，随之不休攀升。
网络设备（红色）的能耗占比
数据起源：Facebook-OIF CPO Webinar 2020
█ 散热的功耗挑战
前面幼枣君仔细介绍了网络设备的功耗挑战。接下来 ，我们再看看散热。
事实上 ，相比对网络设备的功耗提升 ，散热的功耗才是真正的大头。
凭据数据统计 ，互换设备在典型数据中心总能耗中的占比 ，仅仅只有4%左右 ，还不到服务器的1/10。
但是散热呢？凭据CCID数据统计 ，2019年中国数据中心能耗中 ，约有43%是用于IT设备的散热 ，根基与45%的IT设备自身的能耗吃旖。
即就是此刻国度对PUE提出了严格要求 ，依照三级能效（PUE=1.5 ，数据中心的限造值）来算 ，散热也占了将近40%。
传统的散热方式（风冷/空调造冷） ，已经不能满足当前高密数据中心的业务发展需要。因而 ，我们引入了液冷技术。
液冷 ，是使用液体作为冷媒 ，为发热部件散热的一种新技术。引入液冷 ，能够降低数据中心能近90%的散热能耗。数据中心整体能耗 ，则可降落近36%。
这个节能成效 ，能够说是很给力了 ，直接省电三分之一。
除了散热更强更省电之表 ，液冷在噪音、选址（不受环境气象影响）、建设成本（能够让机柜选取高密度布局 ，削减机房占地面积）等方面也有显著优势。
所以 ，此刻险些所有的数据中心 ，都在选取液冷。有的液冷数据中心 ，甚至能够将PUE干到1.1左右 ，靠近1的极限值。
液冷 ，是不是把整个设备全数浸没在液体里呢？
不愿定。
液冷的规划 ，通常蕴含两种 ，别离是浸没式和冷板式。
浸没式 ，也叫直接式 ，是将主设备里发热量大的元器件 ，全数浸入冷却液中 ，进行散热。
冷板式 ，也称间接式 ，是将重要散热部件与一块金属板贴合 ，而后金属板里有冷媒液体流动 ，把热量带走。此刻好多DIY组装电脑 ，就是冷板式。
服务器选取液冷 ，已经是极度成熟的技术。那么 ，既然要上液冷 ，当然是服务器和网络设备一路上 ，会更好啊 ，不然还要搞两套系统。
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 ，j9国际厅主角 ，终于要闪亮登场了。
为了尽可能地降低网络设备的自身工作功耗以及散热功耗 ，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技术。
2021年11月 ，国内设备厂商j9国际厅网络（Ruijie Networks） ，颁布了25.6T的NPO冷板式液冷互换机。2022年3月 ，他们又颁布了51.2T的 NPO冷板式液冷互换机（概想机）。
NPO冷板式液冷互换机
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。
单一来说 ，NPO/CPO是将网络互换芯片和光引擎（光？椋┙“封装”的技术。
我们传统的衔接方式 ，叫做Pluggable（可插拔）。光引擎是可插拔的光？。光纤过来以来 ，插在光？樯 ，而后通过SerDes通路 ，送到网络互换芯片（AISC）。
CPO呢 ，是将互换芯片和光引擎共同装配在统一个Socketed（插槽）上 ，形成芯片和模组的共封装。
NPO是将光引擎与互换芯片分隔 ，装配在统一块PCB基板上。
各人应该能看出来 ，CPO是最终状态 ，NPO是过渡阶段。NPO更容易实现 ，也更具盛开性。
之所以要做集成（“封装”） ，主张很明确 ，就是为了缩短了互换芯片和光引擎间的距离（节造在5~7cm） ，使得高快电信号可能高质量的在两者之间传输 ，满足系统的误码率（BER）要求。
缩短距离 ，保障高快信号的高质量传输
集成后 ，还能够实现更高密度的高快端口 ，提升整机的带宽密度。
此表 ，集成使得元件越发集中 ，也有利于引入冷板液冷。
NPO互换机内部（揭开冷板后）
能够看到 ，互换芯片和光引擎之间的距离大幅缩短
NPO/CPO技术的背后 ，其实就是此刻极度热点的硅光技术。
硅光 ，是以光子和电子为信息载体的硅基光电子大规模集成技术。单一来说 ，就是把多种光器件集成在一个硅基衬底上 ，造成集成“光”路。它是一种微型光学系统。
硅光之所以这么火 ，底子原因在于微电子技术已经逐步靠近机能极限 ，传统的“电芯片”在带宽、功耗、时延方面 ，越来越力不从心 ，所以 ，就改走了“（硅）光芯片”这个新赛路。
█ NPO/CPO互换机的进展
NPO/CPO技术是目前各大厂商钻研的热点方向。尤其是NPO ，由于占有最优盛开生态 ，产业链越发成熟 ，能够获得成本及功耗的最快收益 ，所以 ，发展落地更快。
前面提到了j9国际厅网络的25.6T硅光NPO冷板式液冷互换机。
这款NPO互换机基于112G SerDes的25.6T的互换芯片 ，1RU的高度 ，前面板支持64个衔接器的400G光接口 ，由16个1.6T（4×400G DR4）的NPO？樽槌 ，支持8个ELS/RLS（表置激光源？椋。
散热方面 ，选取了非导电冷却剂的冷板冷却方式。
那款51.2T硅光NPO冷板式液冷互换机 ，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衔接器 ，每个衔接器还能够分成2个400G端口 ，实现向前兼容。表置光源？樵龀さ搅16个。
51.2T NPO冷板式液冷互换机
在现实组网中 ，51.2T的NPO互换机（最快在2023年底商用颁布） ，能够利用于100G/200G的接入网络 ，作为接入&汇聚设备 ，实现高快互联。
值得一提的是 ，NPO/CPO的技术和产品研发 ，并不是一件单一的事件 ，背后是对一家企业整体研发实力的考验。
这次j9国际厅网络颁布NPO/CPO产品 ，是他们持续投入资源进行艰苦研发和创新的成就 ，也体现了他们在这个领域的技术当先性。
j9国际厅网络在2019年起头关注硅光领域技术 ，2020年6月正式成立研发及产品团队。作为OIF/COBO的成员 ，他们一向都有参加工作组全球会议 ，参与有关尺度的会商和造订。
OIF工作组全球会议现场
在硅光这个方向上 ，j9国际厅网络已经走在了前列 ，将来可期。
█ 结语
好了 ，介绍了这么多 ，相信各人已经看领略 ，到底什么是NPO/CPO了。
这两项技术 ，是数据中心网络设备毫无疑难的发展方向。在目前的数字化海潮下 ，我们对网络通讯能力的钻营是无终点的。在钻营机能的同时 ，我们也要致力平衡功耗。终于 ，我们要走的是可持续性发展的路路。
但愿以NPO/CPO为代表的硅光科技 ，可能进一步加快落地 ，为信息基础设施的绿色低碳做出贡献。
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