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。
UPN512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。
阿里云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。
