Scale-up 互連從銅到光的必然演進

隨着大模型架構從 Dense 向 MoE 演進，並融合訓練與推理一體化範式，系統對互連網絡在節點規模、帶寬密度、通信時延和運行穩定性等方面提出更高要求。高性能互連已成為制約超大規模 AI 集羣效率與擴展能力的關鍵基礎設施。

當前主流 Scale-up 方案依賴機櫃內銅纜互連。儘管銅互連在成本與時延上具備優勢，但其傳輸距離受限，迫使系統採用極致高密度、強耦合的「AI Rack」架構，導致製造、佈線、供電、散熱與運維複雜度隨規模急劇上升。當集羣擴展至百卡乃至千卡級別時，銅互連的物理覆蓋能力已接近極限。因此，從銅到光的演進，成為 Scale-up 邁向更大規模、更高可運維性的必然路徑。

阿里雲全光 Scale-up 網絡架構-UPN512

阿里雲於 2025 年 10 月正式發布 UPN512（Ultra-Performance Network for 512 xPU）全光 Scale-up 架構白皮書，提出基於單層以太網光互連的全新設計，旨在構建「大規模、高性能、高可靠、低成本、易擴展」的 xPU 互聯繫統。

UPN512 通過光互連直接連接 xPU 與交換機，採用單層 CLOS 拓撲實現 512 顆 xPU 的全互聯，並為未來擴展至 1K+ 節點預留架構空間。該方案徹底消除機櫃內高速銅纜，顯著降低佈線複雜度、散熱負擔、供電需求及運維成本。

UPN 512 關鍵技術-NPO（Near-Packaged Optics）

NPO（Near-Packaged Optics，近封裝光學）是 UPN512 架構的核心使能技術。它將光電引擎部署在靠近主芯片的位置，採用線性直驅（Linear Direct Drive）技術，省去傳統依賴先進製程的 DSP 芯片，從而實現：

功耗降低 50%以上

成本下降 30%

端到端時延與銅互連相當

供應鏈更安全可控

相比 LPO（Linear-drive Pluggable Optics），NPO 提供更高的帶寬密度，並降低對主芯片 SerDes 性能的要求，更利於生態發展；相比 CPO（Co-Packaged Optics），NPO 採用標準 LGA 連接器，保持光模塊的開放解耦特性，避免主芯片與光引擎綁定，更易被終端用戶採納。

基於NPO光互聯繫統示意圖

阿里雲選擇從 3.2T NPO 切入研發，基於 OIF 標準封裝，在僅 22.5mm × 35.1mm 的尺寸內實現 3.2Tb/s 傳輸帶寬。通過標準 LGA 連接器，光引擎與主芯片實現物理與電氣解耦，延續了開放、繁榮的光模塊生態。該模塊同時支持硅光（SiPh）與 VCSEL 兩種技術路線，可靈活適配不同距離與應用場景。

阿里雲3.2T NPO模塊形態圖

基於硅光方案的3.2T NPO內部結構

全球首款 3.2T NPO 模塊成功點亮

近日，阿里雲宣佈全球首款基於 OIF 標準封裝的 3.2T NPO 模塊成功點亮，標誌着全光 Scale-up 邁入工程落地新階段。

該模塊基於兩顆 16 通道收發一體硅光芯片，搭配線性直驅 Driver/TIA 芯片，採用成熟的 2D 封裝工藝，將光子集成電路（PIC）與電子集成電路（EIC）倒裝集成於 mSAP 基板上，具備快速量產潛力。

3.2T NPO全功能模塊（內部芯片佈局圖）

關鍵性能指標如下：

發送端：光眼圖性能優異，典型 TDECQ 僅為 1.9dB，全面符合 IEEE 802.3bs DR4 標準，可與傳統帶 DSP的 DR4 光模塊無縫互通，支持新舊架構混合部署；

接收端：在 1E-6 誤碼率下，所有通道靈敏度優於 -5dBm，確保充足鏈路預算；

功耗：典型功耗約 20W，顯著低於同帶寬 DSP 方案。

發送端光眼圖

接收端靈敏度

阿里雲首個 NPO 項目落地：國產四芯片交換機

阿里雲已將 3.2T NPO 技術率先應用於新一代國產四芯片交換機。該設備單機集成 4 顆 25.6T 國產交換芯片，總交換容量達 102.4T，並可通過升級至 4×102.4T 芯片平滑演進至 409.6T 平台。

創新之處在於：每顆芯片以細粒度端口模式（如256×100G）運行，系統內部將物理端口的多條 lane 拆分並連接到不同交換芯片，從而最大化單芯片 Radix 利用率，提升組網規模與靈活性。對外仍以 400G/800G 等主流端口形態交付，兼容現有 MPO 光纖佈線體系。

為實現高密度交叉互聯，該交換機採用基於 NPO 的系統級光互連設計：

NPO 模塊緊鄰交換芯片部署，在芯片側完成電-光轉換，大幅縮短電通道、減少信號損耗；

光信號經前部集成的 Shuffle 光交叉模組匯聚後輸出至面板；

交換模組與 Shuffle 模組間採用快插式光連接，支持模組級熱插拔與獨立更換，將故障影響範圍收斂至最小單元，顯著提升現場運維效率與系統可用性。

目前，該交換機已完成整機上電與核心功能驗證，NPO 端口實現穩定鏈路建立，項目正式進入長期可靠性測試階段。

基於NPO的國產四芯片交換機硬件架構圖

基於NPO的交換模組實物圖（包含散熱器）

基於NPO的交換模組實物圖（不含散熱器）

NPO 下一步規劃

阿里雲基礎設施事業部物理網絡研發團隊正聚焦 NPO 在長期運行下的穩定性與故障率驗證——這是決定全光 Scale-up 能否規模化落地的關鍵。同時，團隊正聯合多家頭部互聯網企業，在 ODCC（開放數據中心委員會） 推動 6.4T UPO（Ultra Performance Optics）標準立項，旨在構建下一代高性能、低功耗、開放解耦的光互連生態。相關技術規範預計將於 2026 年發布，敬請期待。

阿里雲將持續推動光互連技術創新，加速 AI 基礎設施普惠化。

（來源：阿里雲基礎設施）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀讚好同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。