ECOC 2025 技術焦點：Cisco 談 Terabit 世代交換機設計

drshawnchang
10月1日
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前言

隨著 AI 工廠與超大規模資料中心的崛起，網路正在進入 Terabit 世代。這不僅是速率的提升（100G → 200G → 400G/lane），更代表整體系統在 功耗、熱設計、互連技術上的深刻變革。Cisco 在 ECOC 2025 的演講中，分享了他們對交換機架構的觀察，涵蓋 ASIC 演進、銅纜與光學互連的取捨、400G SerDes 的可行性 以及 CPO 與可插拔方案的並存。

內容

1. 從前端網路到 AI 工廠：需求的演變

前端網路：傳統上以 CPU 為核心，規模有限。
AI 工廠：GPU 成為運算核心，需模擬「單一超大處理器」，推動 Scale-Up（機櫃內 GPU 高速互連）與 Scale-Out（跨機櫃叢集連接）。
挑戰：每一次速率翻倍都伴隨著 ASIC 容量、I/O 密度與散熱需求的急劇增加。

2. ASIC 的演進與功耗挑戰

歷史路徑：從 640G ASIC → 400T ASIC，約 640 倍成長。
功耗趨勢：總功耗上升 ~119 倍，遠低於容量成長，顯示能效改善。
瓶頸：
- ASIC 本身受益於摩爾定律，提升約 42 倍。
- 互連 (IO) 功耗 卻上升 ~175 倍，成為主要壓力來源。

👉 關鍵觀察：交換機的真正挑戰不在 ASIC 設計，而是如何「把資料從晶片送出去」。

3. 銅纜 vs. 光學：功耗與距離的取捨

銅纜 (DAC/ACC)：
- 最低功耗，適合短距離（晶片間、機櫃內）。
- Reach 限制明顯。
光學 (Pluggable / CPO)：
- 適合中長距離，但需付出更高功耗。
- Power 與 Reach 呈現 trade-off。
新嘗試：
- LPO/LRO：部分線性方案，降低功耗。
- CPO：共享雷射、減少重定時，提升能效。

4. Scale-Up vs. Scale-Out 的設計差異

Scale-Up (機櫃內)：
- 需求：高密度、短距離、低延遲。
- 解法：大量 lanes，優先使用銅纜，必要時結合短距離光學。
- 熱設計：液冷逐漸成為必要。
Scale-Out (跨機櫃/跨機房)：
- 需求：中長距離、可擴展性。
- 解法：主要依賴光學傳輸（IMDD / Coherent），可插拔與 CPO 並存。
- 散熱：需兼顧氣冷與液冷，模組設計必須能適應不同設施條件。