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面向AI数据中心的光电融合存储互连架构从CPO到片上光网络.docx

更新时间：2026-08-20 08:21:41 大小：39K 上传用户：潇潇江南查看TA发布的资源 标签：光电融合存储互连CPO片上光网络AI数据中心光互连技术 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

面向AI数据中心的光电融合存储互连架构：从CPO到片上光网络

——光互连技术在存储系统中的集成路径与性能分析

引言

AI数据中心对存储系统带宽的需求以每年约50%的速度增长，而传统电互连的带宽密度和功耗效率正逼近物理极限。PCIe 6.0的64 GT/s和PCIe 7.0的128 GT/s虽在持续提升，但信号完整性设计越来越复杂，功耗随频率呈超线性增长。光电融合互连——特别是共封装光学（CPO）和片上光网络（ONoC）——凭借高带宽密度、低功耗和长距离传输优势，正在成为AI数据中心存储互连的重要发展方向。本文系统分析光电融合存储互连的架构设计、关键器件和系统集成方案。

光电融合互连架构

共封装光学在存储系统中的应用

CPO（Co-Packaged Optics）将光引擎与存储控制器或交换机芯片封装在同一基板上，光学I/O直接驱动光互连链路，取代传统电I/O和光模块。在存储系统中，CPO的应用场景包括：

1. NVMe-oF光互连：将NVMe over Fabrics的光收发器与存储控制器共封装，实现存储节点间的光学级连接。

2. CXL光扩展：通过CPO光互连将CXL内存池扩展到数百米距离，实现跨机柜的内存共享。

3. 存储级光交换机：采用CPO技术的存储交换机，单端口带宽可达1.6Tb/s，功耗比传统电交换机降低60%以上。

存储系统的片上光网络

片上光网络（Optical Network-on-Chip, ONoC）在存储控制器芯片内部构建光波导网络，实现多个存储通道之间的光互连。ONoC的关键组件包括：

1. 微环谐振器：用作光调制器和光路由器，通过热光效应调整谐振波长，实现波长选择性的光路由。

2. 光波导：采用硅基氮化硅（SiN）波导，传输损耗低于0.1 dB/cm，可实现多通道并行光传输。

3. 光电探测器：锗硅光电探测器在1550nm波段具有超过0.8 A/W的响应度，响应带宽超过50 GHz。


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