全光Scale up的落地，核心依赖物理层与网络层的双重突破，NPO（近封装光互联）与OCS（光电路交换机）分别扛起关键大旗，共同推动全光技术向规模化、高效化演进。

| 物理层：从可插拔→NPO→CPO→OIO演进，缩短光电转换距离、提升互联密度

光互联模块封装方式从“可插拔 → NPO → CPO → OIO”演进，可逐步拉近计算芯片与OE（光电器件）之间的距离，缩短电信号传输路径，减少损耗和延迟，提升数据传输效率。

· 主流可插拔光模块正向LPO演进，通过去除传统光模块中的DSP，显著降低了延迟和功耗，同时具备良好的可维护性和成本优势；

· NPO将OE与封装后的计算芯片相邻布局于同一块高性能PCB基板上，通过极短的高性能电气链路相连，使电信号传输距离在数厘米以内；

· CPO将OE与未封装好的计算芯片共同封装在同一芯片基板或中介层上，实现系统的高集成度，使电信号只需传输几毫米；

· OIO通过先进封装使OE以芯粒形式与计算芯片集成，彻底摒弃传统的铜线电气I/O，消除板级电气走线的瓶颈。

当前，可插拔光模块仍为市场主流，但中期面临技术转型压力，需适应多元化技术生态和智能化发展趋势；CPO和OIO受制于技术成熟度、量产良率与成本控制等因素，尚未进入商业化落地阶段；而NPO得益于不占用设备面板空间、天然与主芯片解耦、易于标准化、可维护性强等优势，有望成为CPO时代来临前的主导技术。

▲光互联模块封装方式演进，来源：日月光

近日，阿里云宣布全球首款基于OIF标准封装的3.2T NPO模块成功点亮，标志着近封装光互联技术进入可量产的新阶段。

该模块基于两颗16通道收发一体硅光芯片，搭配线性直驱Driver/TIA芯片，采用成熟的2D封装工艺，将PIC与EIC倒装集成于mSAP基板上，具备快速量产潜力。该模块在仅22.5mm × 35.1mm的尺寸内实现3.2Tb/s传输带宽，通过标准LGA连接器实现光引擎与主芯片物理与电气解耦，延续了开放、繁荣的光模块生态。同时，该模块支持硅光与VCSEL两种技术路线，可灵活适配不同距离与应用场景。

▲阿里云3.2T NPO模块形态图，来源：讯石光通讯网

作为阿里云UPN512架构的核心技术，NPO使XPU可通过光互联直接连接交换机，借助单层CLOS拓扑实现512颗XPU全互联，彻底淘汰机柜内高速铜缆，显著降低布线复杂度、散热负担、供电需求及运维成本。

▲UPN512单层光互联系统，来源：UPN512技术架构白皮书v1.0

据悉，阿里云已将3.2T NPO技术率先应用于新一代国产四芯片交换机中，该设备单机总交换容量达102.4T，并可通过升级至4×102.4T芯片平滑演进至409.6T平台。目前，该交换机已完成整机上电与核心功能验证，NPO端口实现稳定链路建立，项目正式进入长期可靠性测试阶段。

▲基于NPO的国产四芯片交换机硬件架构图，来源：讯石光通讯网

| 网络层：采用OCS光交换机替代OEO电交换机，实现更高效的光域信息传输

相较于OEO电交换机，OCS光交换机具有以下优势：

· 对速率不敏感且能实现不同传输速率之间灵活切换，支持更快速的扩容和扩展；

· 光路交换不依赖固定速率，可以充分利用光纤的全部容量，使网络资源利用更加高效；

· OCS无需光电转换，能够显著降低功耗；

· OCS天然的可扩展性能够支持更多端口与更高聚合吞吐量，无需频繁升级。

当前，以谷歌和英伟达为代表的头部厂商已经开展了诸多Scale up领域的OCS应用尝试。

谷歌率先实现OCS商业化应用，其TPU v4采用48台OCS实现4096颗TPU互联，构建了超大规模Scale up集群；其TPU v7（Ironwood）采用48台OCS实现9216颗TPU互联，单集群算力达EFLOPS级。

英伟达与哥伦比亚大学联合发表ACTINA架构论文，提出了基于递归定义的OCS BCube拓扑，该架构将GPU直接连接到OCS，具备多维直连、边缘可重构、多维映射等特征。

▲谷歌在Scale up领域的OCS应用，来源：FUTUREWEI Technologies

▲英伟达在Scale up领域的OCS应用探索，来源：ACTINA