ODCC成果｜可重构光互连（DORA）技术成果解读——构建面向智算超节点的开放、可维护、可演进光互连底座
随着大模型向MoE、长上下文、多模态和Agent化演进，智算基础设施正向更大规模超节点加速发展。端口密度、带宽、时延、功耗和布线复杂度持续上升，推动光互连从机柜间进一步下沉至板内、封装基板乃至芯片附近。DORA以“短电长光、可插拔、开放接口、持续演进”为主线，为超节点构建可标准化集成的光物理层基础。
一、智算超节点互连迈入光电融合阶段
大模型能力正沿参数规模、上下文长度、模型结构复杂度和任务持续时间等维度持续演进，推动智算系统的性能瓶颈由单一芯片算力，逐步转向计算、内存、互连与软件的系统级协同效率。其中，Scale-up互连承担张量并行、专家并行、集合通信以及参数与激活数据交换等高频通信任务，直接决定超节点内部多处理器之间的数据交互效率与同步开销，并进一步影响芯片利用率、系统算效和Token输出效率。
图1 智算超节点高速互连面临的“四重墙”
随着单通道速率从56 Gbps向112 Gbps、224 Gbps乃至更高速率演进，高速电互连逐步面临带宽、时延、功耗和距离“四重墙”，光互连成为打破这“四重墙”推动Scale-up互连向更高带宽、更低时延、更优功耗和更长距离演进的最佳途径。区别于传统光模块，光互连通过缩短高速电路径、降低通道损耗和Retimer压力，释放PCB布线空间和系统互连密度，为更大规模智算超节点提供新的高带宽物理互连基础。
二、DORA可重构光互连的技术定位与设计理念
DORA全称Detachable Optical Reconfigurable Architecture，即可拆卸、可重构光互连架构。DORA是面向智算场景提出的开放式光互连架构。其推荐形态是将计算芯片或交换芯片与光引擎布置在同一共封装基板或极短高速电路径上，同时保持主芯片、连接器和光引擎相互独立，使光引擎具备可插拔、可独立测试和现场维护能力。其核心工程逻辑可以概括为“靠近与解耦”。一方面促使光电转换尽可能靠近主芯片，缩短高速电路径，降低损耗，提高信号质量;另一方面通过主芯片与光引擎的结构解耦，避免高价值计算或交换芯片与对温度、老化和污染更为敏感的光器件永久绑定，在性能、可靠性和可维护性之间实现更好的工程平衡。
面向多厂商、多器件路线并行演进的产业环境，DORA进一步提出针对多厂商产品可标准化集成、性能规格可灵活调整、局部故障可现场替换、技术方案可持续演进。其“可重构”主要体现在四个层面，包括器件组合可重构、性能规格可重构、局部维护可重构以及技术代际可重构，使主芯片、连接器、光引擎、光纤组件和激光源能够在统一接口体系下灵活组合，并支持3.2T/6.4T、VCSEL/硅光等不同规格持续演进。
图2 DORA技术理念
三、DORA总体架构与接口分层
在物理架构上，DORA光学收发器由围框、插座、光引擎模组、光纤、光纤连接件及压盖等组成，通过可插拔结构实现光引擎与主芯片侧的高密连接和独立维护。DORA推荐将光引擎模组直接安装在计算芯片或交换芯片所在的共封装基板上，以最大限度缩短高速电路径;对于暂不具备共基板集成条件的产品，也可先部署于主机PCB上，在满足链路损耗预算的前提下，通过统一接口实现由板级NPO+向更高密度集成形态的渐进演进。
在逻辑架构上，主芯片SerDes通过差分电通道连接光引擎侧的EIC和PIC，其中EIC负责高速电信号的驱动、放大与控制，PIC负责光信号的调制、探测及光路处理，随后经FAU、光纤及MPO等组件完成光信号耦合、扇出与传输。DORA按照产业开放和跨厂商协同的迫切程度，将光互连链路划分为Type I、Type II和Type Ⅲ三类接口。其中，Type I主要覆盖最关键的主芯片—连接器、连接器—EIC以及EIC—PIC等边界，是当前优先开放和标准化的核心接口;Type II和Type Ⅲ则面向次要接口以及光纤侧接口逐步扩展。
DORA提供统一、可扩展的高速光电互连物理基础，可为OISA等高速互连协议提供物理承载。通过HCB、MCB以及TP0d～TP5d等标准测试参考点，DORA进一步划分主机侧、连接器侧、光引擎模组侧和光纤侧的性能责任边界，使不同厂商能够分别开展主机通道、模组通道和端到端链路验证，为多厂商互操作、一致性测试和规模化产业协同提供基础。
图3 DORA总体架构、接口分层与系统级部署形态
四、DORA关键技术规格与性能验证
DORA当前形成3.2T VCSEL、3.2T硅光、6.4T VCSEL和6.4T硅光四类基础配置，并统一采用32个发送通道和32个接收通道的通道组织方式。3.2T配置采用53.125 GBaud PAM4调制，对应单通道100 Gbps;6.4T配置采用106.250 GBaud PAM4调制，对应单通道200 Gbps。面向不同部署距离，VCSEL方案主要适用于机柜内及短距离互连，其中3.2T和6.4T配置最大传输距离分别为50 m和30 m;硅光方案采用单模光纤，最高可支持500 m传输，并可根据系统集成和维护需求选择集成激光源或外置激光源，为不同规模和距离的智算超节点提供灵活的技术选择。
图4 DORA四类基础光学收发器配置
在高密集成方面，DORA可在110 mm × 110 mm共封装基板上布置16个光学收发器。按照每个模组32个发送通道和32个接收通道计算，满配可形成512个发送通道和512个接收通道;若全部采用3.2T或6.4T模组，按模组名义带宽推算，理论单向物理层总带宽可分别达到51.2 Tbps和102.4 Tbps，为超节点高带宽密度互连提供较大的扩展空间。与此同时，DORA采用单一高密连接器，将高速差分信号、低速管理与控制信号、电源及接地等统一纳入标准化接口，在提升连接密度的同时，减少多连接器对基板布线、结构设计和装配的约束，为主芯片与光引擎的高密集成及跨厂商互操作提供基础。
图5 DORA可重构光学收发器及布局
五、从部件标准化走向系统级可运营
DORA面向组件、模组、连接器、板卡乃至整机系统，建立边界清晰、指标可量化、结果可验证的技术体系。其标准化范围覆盖机械结构、电学接口、光学接口、管理接口、工作条件、可靠性、安全与符合性测试，并进一步对供电、散热及系统级集成提出相应设计要求。特别是在管理层面，DORA通过统一模组识别、能力发现、配置管理、告警定义和状态切换语义，使主机能够采用统一寄存器和状态机管理不同厂商光引擎，从而降低多厂商产品在整机侧的软件适配与系统集成复杂度。
可维护性是DORA相较于主芯片与光器件不可拆分的一体化方案所重点强化的设计能力。通过主芯片与光引擎的热机械解耦，当光引擎发生局部故障时，可在保持主芯片、封装基板及主体板卡不变的情况下独立更换OE模组，从而缩小故障影响范围和备件粒度，降低维修复杂度与平均修复时间。DORA进一步提出可插拔电连接器50次、MPO连接器500次插拔耐久等可靠性要求。
为使“可插拔”真正转化为系统级“可维护”，DORA还将现场更换设计为完整的运维闭环：更换前先完成相关业务和链路排空，关闭Tx、外置激光源及相关电源，释放压盖并清洁作业区域;拆卸后检查连接器端子、接触盘及MPO端面;新模组安装完成后重新施加规定接触压力，并依次执行上电、在位检测、能力读取、光功率校准、链路训练和误码测试。
表1：DORA在不同维度下的工程意义
六、DORA技术演进与产业协同方向
随着带宽密度和系统能效要求持续提升，光电转换位置正不断向主芯片侧靠近，产业形态也由传统可插拔光模块逐步向NPO、CPO以及Optical I/O Chiplet/封装内光I/O演进。不同技术形态并非简单的代际替代关系，而是针对电路径长度、带宽密度、能效、封装复杂度、供应链开放性与可维护性等因素形成不同的工程取舍。面向这一趋势，DORA近期重点构建开放、可插拔、可重构的NPO+光互连体系，优先支撑Scale-up高密度互连;中期可围绕CPO进一步推进共封装光引擎、外置光源、可维护光纤接口以及热与封装解耦等关键技术;长期则可探索面向XPU、MPU等计算与内存单元的Optical I/O Chiplet，使光互连从传统网络接口进一步下沉至计算Fabric及内存原生I/O，逐步形成面向计算、互连和内存协同演进的光I/O体系。
在产业协同方面，DORA已联合多家产业伙伴推进技术研发与生态建设，并与OpenNPO项目开展融合，推动国内NPO核心标准和关键接口进一步收敛，在形成统一技术基础的同时，为VCSEL、硅光、微环以及Slow+Wide等不同器件与架构路线保留持续演进空间。
下一阶段的重点也将从“单点技术和样机可行”进一步转向“多厂商产品可互操作、系统能力可验证、规模部署可实施”。通过公共测试平台开展信号完整性、光学链路、多厂商互操作、环境与寿命可靠性以及整机柜应用测试，并在真实训练和推理业务下验证系统性能与稳定性，逐步建立统一测试方法、认证基线和产业协同机制，推动DORA由技术架构和接口规范进一步走向可测试、可认证、可采购、可部署和可运营的产业化体系。
图6 DORA从可插拔光模块向NPO、CPO与Optical I/O演进
七、结语
DORA面向智算超节点从高速电互连向封装附近光互连演进过程中出现的性能、开放性、维护和生态矛盾，尝试把短电路径、高密光扇出、可插拔光引擎、多厂商接口和持续演进能力纳入统一设计。随着224G及更高速电接口、12.8T级光引擎、CPO与Optical I/O持续发展，DORA的长期价值在于维持稳定、开放、可验证的产业边界，使主芯片、光器件和整机系统能够独立创新、组合验证并持续升级。
项目经理：
李锴 likaiyjy@chinamobile.com
ODCC边缘计算工作组对接人:
周老师 zhouman@caict.ac.cn
