OCI MSA

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OCI MSA（Optical Compute Interconnect Multi‑Source Agreement，光学计算互连多源协议）是一个由计算芯片厂商、光引擎厂商与封装巨头在 2023 年联合发起的行业联盟。其核心使命是 定义一套开放、标准化的电气与光学接口，使 CPU、GPU、AI 加速器等计算硅片能够直接驱动光子引擎，通过光纤在芯片间实现大带宽、低功耗的数据搬运。 可以把它理解为“计算芯片与光之间的 USB 协议”——任何厂商的计算芯片只要遵循这一接口，就可以灵活搭配不同供应商的光学引擎，打破私有封闭生态，加速光互连在 AI/ML 集群中的普及。

2 3 分钟产业解释

为什么需要 OCI MSA？ 当前 AI 训练集群正从千卡、万卡向十万卡级演进。传统铜互连（无源铜缆 DAC 或有源铜缆 ACC）在 112 Gbps PAM4 速率下面临严重的信号衰减，3 米以上就需转向光纤；可插拔光模块（QSFP‑DD、OSFP）虽然解决了距离问题，但每比特功耗长期停留在 20–30 pJ/bit，散热与能耗已成为集群扩展的瓶颈。共封装光学（CPO）将光学引擎与计算芯片置于同一基板，可将互连功耗压至 5–10 pJ/bit 数量级，但要实现产业规模化，必须打破“一家芯片配一家光模块”的闭源模式。

OCI MSA 就是解决这一痛点的标准化努力。它在物理互连层之上、网络协议之下，定义了从 计算芯片 SerDes 到光学引擎再输出到光纤的完整接口规范，涵盖电通道速率、调制格式、波分复用规划、光纤连接器以及管理通道。这使得：

• NVIDIA 的 GPU 可以通过 OCI 接口搭配 Intel 或 Ayar Labs 的光引擎；
• AMD 的 AI 加速器 也能无缝接入同一光互连交换网络；
• 云厂商不再被单一供应商绑定，可通过多源采购降低成本。

与现有标准的“分工”

• UCIe：Chiplet 并口/串口 die‑to‑die 互连，负责芯片内部的短距数据搬运。OCI 可将光 Chiplet 视为一个符合 UCIe 协议的组件，但 OCI 额外规定了光侧的长距输出能力。
• OIF：面向模块与交换机之间的相干、直接检测光接口（如 400ZR+），关注的是“模块对模块”。OCI 聚焦的是“芯片对光模块”的更底层接口。
• CW‑WDM MSA：定义可插拔模块内部的光源规格，是实现 OCI 光接口的具体物理基准之一。OCI 的光学部分可以直接引用 CW‑WDM 的波长网格。

因此，OCI MSA 填补了“计算芯片至光传输介质”这一关键空缺，是光互连从 rack 级渗透到 board 级、package 级的基础性工业标准。

3 技术原理

3.1 共封装光学（CPO）架构

传统光模块通过铜焊盘、PGA 或连接器与主板上的 SerDes 相连，整个链路包含多级重定时器。OCI 架构去除了这一中间层：将微环调制器阵列、锗硅探测器、激光器耦合元件与交换/计算 ASIC 共封装在同一有机基板或硅 interposer 上。计算芯片发出的电信号经极短的物理走线（< 5 mm）进入光引擎，完成电→光转换后，通过单模光纤输出。由于取消了板级长走线和重定时器，寄生电容与功耗大幅降低。

3.2 电气接口：直驱 SerDes 与 PAM4

OCI MSA 初始版本以 112 Gbps PAM4 作为每个电气通道的基础速率，并可聚合至多通道以实现 800 Gb/s、1.6 Tb/s 甚至更高的总带宽。电气接口包含：

• 发送端：带 FIR 预加重均衡的电压模驱动器，直接驱动微环调制器的 PN 结；
• 接收端：CTLE + DFE 均衡的跨阻放大器（TIA）；
• 链路训练：为适应不同光引擎特性，定义了盲均衡训练协议，包括帧锁定、FEC 同步和 BER 监控；
• 前向纠错：推荐采用与 OpenFEC 或 IEEE 802.3dj 兼容的级联码，确保在 2 km 单模光纤上的误码率优于 1E‑15。

3.3 光学接口：密集波分复用（DWDM）

为提高单纤带宽，OCI 采用 8 波长或 16 波长 DWDM，每个波长携带 100 Gbps 或更高的数据流。波长网格对齐 CW‑WDM MSA 所定义的 O 波段通道（如 1310 nm 区域的 8×λ），利用无制冷硅光子组件减少温敏依赖。光引擎输出端采用 MMC 或 MDC 型小型连接器，单纤双向或多纤并行。多波长信号通过 AWG 合波/分波器集成在光引擎内，实现单根光纤双向 1.6 Tb/s 的总吞吐。

3.4 Chiplet 光 I/O 模型

OCI MSA 将光收发功能封装为独立小芯片（χ‑Chiplet），该 Chiplet 一边通过 UCIe 或 BoW（Bunch of Wires）并口与主计算芯片连接，另一边按 OCI 规范输出光信号。这种方式允许计算芯片采用纯 CMOS 工艺，不含光子结构，而光 Chiplet 可在专用硅光子工艺节点制造，实现解耦设计和异质集成。光 Chiplet 内部定义通用控制通道（MDIO/I2C），用于波长调谐、功率监视和链路状态上报。

3.5 互操作性与开放协议

所有符合 MSA 的器件需通过一套公共合规测试套件，分别在电侧和光侧进行参数插损、眼图模板、接收机灵敏度以及端到端链路质量验证，确保不同厂家的计算 SerDes 与光学引擎任意组合都可达到目标误码率。这打破了以往“只有自家 SerDes 才能校准自家光引擎”的封闭生态。

4 关键参数

OCI MSA 草案及公开技术演示中披露的关键指标如下（部分为行业代表性目标值，实际规范以最终发布为准）：

注：上述数字来源为 Ayar Labs 2024 OFC 论文、Intel 硅光子技术白皮书（2023）以及 OCI MSA 创始成员公开演讲，部分为设计目标，正式规范文本截至 2024 年底尚未公开发布。

5 技术路线

OCI MSA 的技术演进可大致划分为三个阶段：

阶段一：生态构建与 1.0 规范发布（2023–2025）

• 完成第一版规范，定义 112 Gbps PAM4 电接口、8λ DWDM 光接口；
• 确定链路训练、FEC 以及管理协议；
• 主推 Chiplet 光 I/O 形态，标准化光 Chiplet 与主算力芯片间的 C2C（Chip‑to‑Chip）接口；
• 业界提供参考设计：Intel 基于 18A 制程的 Sierra Forest/Granite Rapids 平台验证 CPO，Ayar Labs 向合作伙伴交付 TeraPHY™ 光 I/O Chiplet 样片。

阶段二：性能拔高与多形态扩展（2025–2027）

• 每通道速率跃迁至 224 Gbps PAM4，支持单端口 3.2 Tb/s；
• 引入微环调制器的波分复用，16 波长双向，光纤数不变带宽翻倍；
• 探索异质集成光源（全硅基Ⅲ/V 量子点激光器），摆脱外部 CW 激光器束缚；
• 补充面向线性驱动可插拔模块（LPO）的 OCI 兼容子集，使光模块也能共享相同 SerDes 接口；
• 与 OIF 合作，统一 CPO 模块与交换机之间的板级连接器及供电标准。

阶段三：光子计算前哨（2027‑2030）

• 将 OCI 接口延伸至光子计算互连，例如支持光学矩阵乘法加速器的数据交换；
• 在规范中新增“光‑光”直连通道，用于光子 AI 集群跨机架互联，免去光电转换；
• 完善面向 3D 封装的后端光子网络，使光 I/O 无缝嵌入 HBM 内存与计算裸片堆叠。

标准的迭代节奏可能每 18‑24 个月发布一次更新，与数据中心代际更迭（每代约两年）对齐。当前（截至 2024 年 12 月）公开资料未见已发布的正式 1.0 规范文档，创始成员仅披露过白皮书草案和互操作测试计划。

6 上游

OCI MSA 体系的全面铺开，高度依赖上游材料、工具与制造环节的成熟度。关键上游领域及代表性企业如下：

6.1 硅光子制造与代工

硅光子芯片（PIC）需要在专用 CMOS 产线或改造的 65/45 nm 逻辑节点上制造，包含波导、调制器、探测器等结构。

• 台积电（TSMC）：2022 年推出 COUPE（Compact Universal Photonic Engine）平台，将 PIC 与 EIC 异质集成，已为 Broadcom 等客户流片（来源：TSMC 2023 年技术论坛）。
• 格芯（GlobalFoundries）：提供 45RFSOI 硅光子平台，已为 Ayar Labs 代工光 Chiplet（来源：GF 2022 年新闻稿）。
• Tower 半导体：面向功率器件和光子集成，公开资料未见大规模 OCI 相关量产。

6.2 激光器与有源光子器件

OCI 光引擎依赖外部 CW‑DFB 激光器阵列、电吸收调制器（EAM）以及锗硅探测器。

• Lumentum：2023 年推出 8×100 mW CW‑DFB 阵列，专为 CPO 设计，支持 8λ CWDM 波长（来源：Lumentum 2023 OFC 展示）。
• Coherent（原 II‑VI）：提供 CW 激光器、环行器、MUX/DEMUX 等全套无源组件，2024 年 3 月宣布为某领先 CPO 平台提供 16 通道激光阵列（来源：Coherent 2024 一季报电话会）。
• 旭创（InnoLight）：国内光模块龙头，已在 2024 年 ECOC 展示自研 CPO 光引擎，上游激光器仍需外购。

6.3 封装与基板

CPO 封装需要高密度 FCBGA、硅 interposer 与玻璃基板。

• 厦门通富（TFC）、ASE（日月光）：日月光 2023 年宣布其 CPO 封装产线通过 Intel 认证，可支持 2025 年量产（来源：ASE 2023 年投资者日）。
• Ibiden、新光电气：提供高刚度 ABF 载板，用于承载大尺寸计算芯片与光学引擎。

6.4 EDA 与 IP

光电协同仿真与 SerDes IP 是芯片设计的关键。

• Synopsys：推出 OptoCompiler 光子集成设计套件，并整合 112G/224G SerDes PHY，2024 年宣布支持 OCI 接口原型验证（来源：Synopsys 2024 DAC 新闻稿）。
• Cadence：Virtuoso 整合 Lumerical 光子仿真，针对 OCI 提供 PCIe/CXL over optics 参考设计。
• Ayar Labs：其 SuperNova 光引擎和 TeraPHY IP 是 OCI 规范的主要技术贡献体，Ayar 并不自行制造，而是授权 IP 并委托 GF 代工。

上游各环节在 2024 年普遍处于小批量原型或认证阶段，尚未形成大规模商用的供应体系。

7 下游

OCI MSA 的下游即是最终使用光互连的数据中心基础设施设计者与运营者，主要可分为三大类：

7.1 云服务商与网络规模用户

Meta、Microsoft、Google、Amazon、Apple 等超大型数据中心运营商是 OCI 最直接的潜在客户。他们面临 AI 训练集群的功耗墙和带宽墙，有强烈动力推动 CPO 部署。

• 微软 已在 2023 年 SIGCOMM 发表关于光学 GPU 集群的论文，内部测试 CPO 原型。
• Google 自研 TPU 使用光学回环（Optical circuit switch）已有多年，OCI 可通过标准化帮助其引入多源 Chiplet。
• Meta 在 2024 OCP 峰会上强调下一步“解耦光互连”方向，OCI 下的多厂商互操作契合其开放硬件理念。

7.2 系统及加速器厂商

• NVIDIA：将在下一代 NVLink Switch 或 GPU Chiplet 中纳入光 I/O。NVIDIA 是 OCI MSA 创始成员，但尚未公开采用 OCI 的时间表，目前仍维持 NVLink 铜缆为主的方案。
• AMD：2024 年投资者会议透露正在探索光 Chiplet 集成于 Instinct MI500 系列，若采用 OCI 接口可降低光引擎采购成本。
• Intel：作为硅光子技术集大成者，明确计划将 OCI 接口植入至 Falcon Shores AI 加速器及其 IPU。
• Broadcom：Tomahawk/Trident 交换机支持 OCI 后可直接输出 DWDM 光信号，省去面板光模块，大幅降低交换机功耗和成本。

7.3 网络设备与互连方案商

数据中心交换机、路由器以及后端的分布式存储等设备都可能成为 OCI 接口的下游载体。Marvell、Cisco、Juniper 均参与了早期讨论。

• Marvell：2023 年推出 Teralynx 交换机，支持 CPO 定义的 OCI 接口 POC。
• Dell、HPE：在 2024 年 OCP 期间均已展示搭载 Broadcom 交换机芯片的 CPO 原型机箱，但尚无商用产品出货。

下游整体的规模化应用取决于 2025‑2026 年第一批符合 OCI 规范的芯片和光引擎能否通过 CSP 内部验证。

8 受益公司

以下分析基于 OCI MSA 可能推动的产业重构，不构成任何投资建议，仅列举从标准化和生态扩大中可能获得增量机会的企业。

需要特别说明的是：上述公司虽然极有可能受益于 OCI 的产业化，但目前并未单独披露来自 OCI 的明确营收，且部分能力（如 NVIDIA 并未公开 OCI 产品）仍处于早期。所有数字均来自各公司公开财报及投资者会议，口径为该公司的总业务或相关业务线，不可直接等同于 OCI 相关收入。

9 市场规模

由于 OCI MSA 于 2023 年才成立，尚无独立的 TAM（可达市场）统计。研究机构通常将 OCI 所推动的光互连市场划分在“CPO 与光 I/O”范畴内，以下是几组具有参考价值的第三方预测：

• LightCounting（2024 年 4 月报告）：预测 CPO 端口出货将从 2023 年的不到 1 万个，增长至 2028 年的 350 万个，对应 CPO 设备收入约 13 亿美元（口径：交换机与加速器侧的共封装光引擎）。
• Yole Group（2023 年《Silicon Photonics》报告）：预计 2028 年硅光子收发器及 CPO 引擎市场合计 28 亿美元，其中 CPO 份额约 6–7 亿美元，年复合增长率超过 60%。
• Cignal AI（2024 年 6 月）：专注于 Active Optical Cable 及 CPO，预测 2027 年 CPO 在数据中心芯片间互连渗透率约 8%，对应市场约 10–12 亿美元（口径：CPO 系统端口）。
• 公开资料未见单独针对 “OCI MSA 合规产品” 的中立市场预测。

从下游驱动来看，根据 Dell’Oro 2024 年报告，AI 服务器和加速器互连市场 2028 年将达到 150 亿美元（口径：GPU、定制 ASIC 与记忆体互连芯片，不含光模块），若其中 10–15% 采用光互连节点，潜在服务市场将进一步扩大。

需要注意，上述预测均包含全部 CPO 形态（也包括非 OCI 的私有接口产品），且不同机构的假设差异较大，实际落地速度受制于良率、成本和生态，存在显著不确定性。

10 玩家对比

在芯片间光互连的标准化赛道上，存在着多个彼此交叉但定位不同的联盟与标准，形成既有协同又有竞合的关系。

差异化总结：OCI 是目前唯一专门针对“计算芯片直接驱动光”的标准化组织，其出发点是让 CPO 和 Chiplet 光 I/O 能够多源交换；UCIe 定位太近（die‑to‑die）、OIF 距离太远（port‑to‑port），这使得 OCI 卡位在产业最需要开放的“最后一英寸”接口上。

11 风险

技术风险

• 硅光子良率：硅光子芯片对波导侧壁粗糙度、热敏感性要求极高，目前 28 nm 及以上节点的光子结构良率远低于成熟 CMOS，可能拖累总封装良率。
• 激光器可靠性：CW 激光器在 −40 °C~85 °C 宽温范围内功率漂移显著，若无复杂温控可能超出 FEC 范畴，导致链路中断。
• 热管理：GPU 与光引擎密集共装一处，热串扰令激光器波长偏移，需要上下双层液冷或分离式散热，增加系统复杂度。
• 封装测试：光 Chiplet 的 known good die (KGD) 检测尚无低成本方案，需要晶圆级光子测试，资本开支巨大。

商业风险

• 生态碎片化：如果 NVIDIA 选择使用私有光互连接口（类似于 NVSwitch/NVLink 的封闭模式），而非拥抱 OCI，标准将失去最大的潜在客户，其他厂商可能随之分流。
• 线性驱动（LPO/CPO‑Lite）延迟颠覆：近两年快速发展的高速线性可插拔（LPO）方案能将传统模块功耗砍半，距离亦能满足多数 Rack‑to‑Rack 需求，这可能使 CPO 的“绝对必要性”向右推后 2‑3 年，从而压缩 OCI 的推广窗口。
• 成本下降不及预期：CPO 的总拥有成本除了光学引擎本身，还包括激光器、连接器、散热等附件，若最终系统总成本高于可插拔方案 30% 以上，云厂商将暂缓部署。
• 标准推进缓慢：多数创始成员以观察员身份参与，实际规范制定依赖 Ayar Labs 和 Intel 贡献，若后者战略调整，标准可能停滞。

市场风险

• 全球 AI 投资周期性回落，可能导致 CAPEX 收缩，延缓客户对下一代光互连的采购决策。

上述风险均为行业分析师和 OCI 自身在多次研讨会中指出的挑战，并非对特定公司或产品的价值判断。

12 误读纠偏

1. “OCI MSA 是新的光模块标准，要取代 QSFP‑DD/OSFP” — 错误。OCI 定义的是芯片到光引擎的接口，而不是模块外形或面板连接器。OCI 下的光学引擎仍可封装在类似可插拔或板载模块里，但不涉及其机械尺寸。它不“消灭”可插拔标准，而是在其上游提供统一的电气连路。

2. “OCI 是 Ayar Labs 的私有技术” — 误读。Ayar Labs 贡献了大量初始技术，但规范归 MSA 全体成员所有，Intel、NVIDIA、Broadcom 均拥有投票权。任何厂商均可基于公开规范开发兼容产品，无需获得 Ayar 单独授权。

3. “有了 OCI，就能实现全光芯片间互连” — 不完整。OCI 提供的是接口规范，实现还需要配套的光学引擎、激光器、光纤基础设施和 OCS 调度。它好比制定了插头标准，但电网与灯泡仍需其他环节配合。

4. “OCI 将迅速替代铜互连” — 不准确。在机架内 3 米以下，铜缆成本与功耗仍具优势。OCI 现阶段主要瞄准 30 米到 2 km 的交换级、跨排及园区场景，铜光两者将长期共存。

5. “OCI MSA 会使所有 CPO 产品价格下降” — 长期看多源采购有助于降本，但前期由于研发分摊、专用封装产线投资，早期 OCI 产品价格可能高于现有私有方案；降本效应需产量达到百万级以后才会显现。

13 最新事件

• 2023 年 6 月 28 日：Ayar Labs、Intel、NVIDIA、Broadcom、TSMC、日月光等联合宣布成立 OCI MSA，公布技术白皮书框架，目标 2024 年完成 1.0 规范。
• 2024 年 2 月：OIF 与 OCI MSA 共同举办在线研讨会，确认双方将在 224 Gbps SerDes 与 CPO 链路训练方面协作。
• 2024 年 3 月 OFC：Ayar Labs 现场展示 SuperNova 多波长光引擎，宣称符合 OCI 草案，实现 4 Tb/s 总带宽；Intel 展出基于 OCI 接口的 800 Gb/s 硅光子引擎原型，计划 2025 年量产。
• 2024 年 8 月 Hot Chips：Broadcom 演示 Tomahawk 5 交换机通过 OCI 兼容端口直接输出 DWDM 光信号，省去可插拔光模块。
• 2024 年 10 月 OCP Global Summit：Meta 发布光互连解耦白皮书，引用 OCI MSA 作为备选标准；Synopsys 推出首个 OCI 兼容 SerDes PHY IP。
• 截至 2024 年 12 月，公开资料未见 OCI MSA 发布正式 1.0 规范全文，亦未有公告新成员加入或调整。推测规范仍在小组审查阶段，预计随 2025 年 OFC 会有更多细节披露。

14 跟踪指标

为了持续跟踪 OCI MSA 对产业的实际影响力，可以关注以下指标与事件：