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Scale-up 互连从铜到光的必然演进
随着大模型架构从 Dense 向 MoE 演进，并融合训练与推理一体化范式，系统对互连网络在节点规模、带宽密度、通信时延和运行稳定性等方面提出更高要求。高性能互连已成为制约超大规模 AI 集群效率与扩展能力的关键基础设施。
当前主流 Scale-up 方案依赖机柜内铜缆互连。尽管铜互连在成本与时延上具备优势，但其传输距离受限，迫使系统采用极致高密度、强耦合的“AI Rack”架构，导致制造、布线、供电、散热与运维复杂度随规模急剧上升。当集群扩展至百卡乃至千卡级别时，铜互连的物理覆盖能力已接近极限。因此，从铜到光的演进，成为 Scale-up 迈向更大规模、更高可运维性的必然路径。
阿里云全光 Scale-up 网络架构-UPN512
阿里云于 2025 年 10 月正式发布 UPN512（Ultra-Performance Network for 512 xPU）全光 Scale-up 架构白皮书，提出基于单层以太网光互连的全新设计，旨在构建“大规模、高性能、高可靠、低成本、易扩展”的 xPU 互联系统。
UPN512 通过光互连直接连接 xPU 与交换机，采用单层 CLOS 拓扑实现 512 颗 xPU 的全互联，并为未来扩展至 1K+ 节点预留架构空间。该方案彻底消除机柜内高速铜缆，显著降低布线复杂度、散热负担、供电需求及运维成本。
UPN 512 关键技术-NPO（Near-Packaged Optics）
NPO（Near-Packaged Optics，近封装光学）是 UPN512 架构的核心使能技术。它将光电引擎部署在靠近主芯片的位置，采用线性直驱（Linear Direct Drive）技术，省去传统依赖先进制程的 DSP 芯片，从而实现：
功耗降低 50%以上
成本下降 30%
端到端时延与铜互连相当
供应链更安全可控
相比 LPO（Linear-drive Pluggable Optics），NPO 提供更高的带宽密度，并降低对主芯片 SerDes 性能的要求，更利于生态发展；相比 CPO（Co-Packaged Optics），NPO 采用标准 LGA 连接器，保持光模块的开放解耦特性，避免主芯片与光引擎绑定，更易被终端用户采纳。
基于NPO光互联系统示意图
阿里云选择从 3.2T NPO 切入研发，基于 OIF 标准封装，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，光引擎与主芯片实现物理与电气解耦，延续了开放、繁荣的光模块生态。该模块同时支持硅光（SiPh）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
基于硅光方案的3.2T NPO内部结构
全球首款 3.2T NPO 模块成功点亮
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，标志着全光 Scale-up 迈入工程落地新阶段。
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，将光子集成电路（PIC）与电子集成电路（EIC）倒装集成于 mSAP 基板上，具备快速量产潜力。
3.2T NPO全功能模块（内部芯片布局图）
关键性能指标如下：
发送端：光眼图性能优异，典型 TDECQ 仅为 1.9dB，全面符合 IEEE 802.3bs DR4 标准，可与传统带 DSP的 DR4 光模块无缝互通，支持新旧架构混合部署；
接收端：在 1E-6 误码率下，所有通道灵敏度优于 -5dBm，确保充足链路预算；
功耗：典型功耗约 20W，显著低于同带宽 DSP 方案。
发送端光眼图
接收端灵敏度
阿里云首个 NPO 项目落地：国产四芯片交换机
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。该设备单机集成 4 颗 25.6T 国产交换芯片，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。
创新之处在于：每颗芯片以细粒度端口模式（如256×100G）运行，系统内部将物理端口的多条 lane 拆分并连接到不同交换芯片，从而最大化单芯片 Radix 利用率，提升组网规模与灵活性。对外仍以 400G/800G 等主流端口形态交付，兼容现有 MPO 光纤布线体系。
为实现高密度交叉互联，该交换机采用基于 NPO 的系统级光互连设计：
NPO 模块紧邻交换芯片部署，在芯片侧完成电-光转换，大幅缩短电通道、减少信号损耗；
光信号经前部集成的 Shuffle 光交叉模组汇聚后输出至面板；
交换模组与 Shuffle 模组间采用快插式光连接，支持模组级热插拔与独立更换，将故障影响范围收敛至最小单元，显著提升现场运维效率与系统可用性。
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
基于NPO的交换模组实物图（包含散热器）
基于NPO的交换模组实物图（不含散热器）
NPO 下一步规划
阿里云基础设施事业部物理网络研发团队正聚焦 NPO 在长期运行下的稳定性与故障率验证——这是决定全光 Scale-up 能否规模化落地的关键。同时，团队正联合多家头部互联网企业，在 ODCC（开放数据中心委员会） 推动 6.4T UPO（Ultra Performance Optics）标准立项，旨在构建下一代高性能、低功耗、开放解耦的光互连生态。相关技术规范预计将于 2026 年发布，敬请期待。
阿里云将持续推动光互连技术创新，加速 AI 基础设施普惠化。
（来源：阿里云基础设施）
*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
今天是《半导体行业观察》为您分享的第4332期内容，欢迎关注。
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