企业 | 英伟达推出新型光模块

随着AI模型规模持续扩大、推理需求不断增长，AI数据中心对网络带宽的需求也在快速攀升。如何在不显著增加网络设备数量、布线复杂度和功耗的情况下，连接更多计算系统，正在成为AI基础设施建设的重要课题。

近日，英伟达与思科宣布，计划推出新型光模块Ultra-Dense Small Form Factor Pluggable（USFP），面向下一代AI工厂的高密度光互连需求。该方案旨在支持每通道400Gb/s的电信号传输，单模块总带宽最高可达12.8Tb/s，帮助AI基础设施建设者在现有网络空间内连接更多计算设备，同时降低网络在整体AI工厂功耗中的占比。

英伟达与思科表示，双方正与TE Connectivity和Amphenol合作，围绕USFP构建包括笼子、连接器和模块在内的多供应商硬件生态系统。未来，双方还计划通过由行业社区主导的多供应商项目，制定开放的USFP规范。

单模块带宽提升至12.8Tb/s

随着AI集群不断扩大，网络互连正面临带宽、功耗和部署密度等多重挑战。

  
对于AI工厂而言，扩大计算规模不仅意味着增加GPU等计算设备，还需要同步提升交换机的交换能力，以及计算节点之间的数据传输能力。当交换机的端口带宽或整体容量达到上限后，进一步扩展网络可能需要增加交换机层级和光链路。这不仅会提高系统功耗和建设成本，还可能增加网络延迟及运维复杂度。

  
USFP正是针对这一问题提出的新型可插拔光模块方案。与当前采用每通道200Gb/s电信号的可插拔光模块相比，USFP将单通道速率提升至400Gb/s，并通过增加通道数量进一步提高单模块带宽。

  
根据规划，首批基于USFP的收发器将采用与八通道小型可插拔封装（OSFP）相当的外形尺寸，配置16条全双工通道，面向交换机和SuperNIC等设备。未来，该方案还可以扩展至32条及更多通道。

  
按照16条全双工通道、每通道400Gb/s的设计计算，USFP的单模块总容量可达到12.8Tb/s。相比之下，采用8条全双工通道、每通道200Gb/s的同类方案，单模块总容量为3.2Tb/s。这意味着USFP在相近的模块外形尺寸下，可实现约4倍的总带宽和前面板带宽密度。

  
更高的端口密度意味着，AI数据中心可以在有限的机架和交换机空间内接入更多高速计算端点，降低扩展网络时对额外交换机层级的依赖。

不只是提升速率，还要降低功耗

对于AI基础设施而言，网络带宽的提升并不是唯一目标。随着GPU集群规模扩大，网络设备、光模块及相关互连系统的功耗也成为数据中心建设和运营的重要成本。

  
英伟达与思科表示，与采用每通道200Gb/s技术的可插拔光模块相比，USFP的带宽密度可提高至4倍，功耗效率约提升1.3倍。这意味着，在提供更高网络带宽的同时，该方案还能够降低单位数据传输所需的功耗。

  
USFP在连接器设计上也进行了针对性改进。该方案采用新型二维阵列连接器，并引入两阶段插入设计：模块插入后，高速触点再与连接器接合，以减少触点磨损、改善信号完整性，并使插入力更加可控。

  
这一设计也为未来扩展通道数量提供了基础。由于连接器按照每通道400Gb/s的性能要求设计，即使运行在每通道200Gb/s的速率下，也有望获得更好的性能表现。

  
此外，USFP支持最高100W的功耗耗散能力，无需在光模块内部单独设置专用嵌入式冷却回路。按照英伟达与思科的设计思路，这有助于降低交换机的设计复杂度，并改善系统可靠性。

  
在光学设计方面，USFP支持通过简化信号处理来降低延迟和功耗，同时兼容多种光学技术及不同连接距离，为不同规模和部署场景的AI工厂提供灵活性。

延续可插拔架构，降低网络升级门槛

  
值得注意的是，USFP并非简单地将现有光模块的传输速率提高一倍，而是试图在更高带宽密度与现有数据中心的部署方式之间取得平衡。

  
对于大规模AI集群而言，网络架构升级不仅涉及芯片和交换机性能，还涉及光模块维护、设备更换、供应链配套以及长期运维成本。随着单通道速率提升至400Gb/s，连接器、电气接口及信号完整性面临更高要求，现有模块设计也需要相应调整。

  
思科光学系统与光学业务高级副总裁兼总经理Bill Gartner表示，将可插拔光模块扩展至每通道400Gb/s，需要的不只是对现有模块设计进行渐进式升级。通过与英伟达合作，USFP希望在提高带宽密度的同时，保留可插拔光模块在可维护性、部署灵活性和运维简便性方面的优势。

  
双方强调，将从芯片、系统、光学器件到网络操作系统进行协同优化，以满足下一代AI网络对性能和规模扩展的需求。

  
这一思路的核心，是在提高网络容量的同时，尽可能延续成熟的可插拔部署模式，避免AI数据中心在扩容过程中被迫全面更换现有基础设施。

英伟达、思科推动多供应商生态

在生态建设方面，英伟达与思科正与TE Connectivity和Amphenol合作开发USFP相关笼子、连接器和模块，未来还计划引入更多合作伙伴。

  
通过统一的外形尺寸和接口基础，不同供应商可以围绕USFP开发高密度可插拔互连产品，为每通道400Gb/s的网络提供配套硬件。这也有助于建立多供应商供给体系，降低AI基础设施建设者对单一供应商的依赖。

  
此次合作还延续了英伟达与思科在以太网AI网络领域的协作。双方此前已推动英伟达Spectrum-X以太网网络与基于思科Silicon One的以太网网络实现协同工作，目标是简化企业、Neocloud以及主权云等用户部署AI基础设施的过程。

  
从更大的产业背景来看，随着AI计算集群持续扩展，网络正在从配套基础设施转变为影响计算规模、系统效率和总体拥有成本的重要环节。无论是提高单通道传输速率、增加交换机端口密度，还是降低每比特数据传输的功耗，其共同目标都是让更多计算资源能够在有限的空间和电力预算内协同工作。

  
USFP目前仍处于规划与生态建设阶段，其实际表现还需要等待后续产品落地和部署验证。不过，英伟达与思科此次合作释放出的信号已经比较明确：在AI工厂持续扩张的背景下，光模块的竞争不再只是单一传输速率的竞争，而是进一步延伸至带宽密度、功耗效率、连接器设计、系统集成以及产业生态的综合竞争。