١. صعود البصريات المُعبَّأة معًا: غوصٌ عميق في وحدات البصريات المُعبَّأة معًا

٢. التزايد المتسارع للذكاء الاصطناعي والحوسبة فائقة النطاق والشبكات من الجيل القادم يكشف عن حدود الوحدات البصرية القابلة للتوصيل تقليديًّا ٢. وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية. ٣. . تواجه إشارات الطاقة تحديات جوهرية في سلامة الإشارة، وتزداد استهلاك الطاقة، وتتفاقم قيود الكثافة الفيزيائية عند السرعات التي تتجاوز ٢٠٠ جيجابت لكل مسار، ما يستدعي تحولًا جذريًّا. وهنا تظهر ٤. وحدات البصريات المُدمجة مع المعالج (CPO), ٤. ، وهي بنية تحويلية تُدمج فيها ٥. المحرك البصري ٦. داخل ٧. حزمة رقاقة المعالج الخاصة بالمحوِّل (ASIC) ٨. . تقدِّم هذه المقالة نظرة شاملة على ٩. وحدات البصريات المُعبَّأة معًا, ١٠. ، مستعرضةً تكنولوجيتها وفوائدها وتحدياتها والدور المحوري الذي تؤديه في مراكز البيانات المستقبلية وبنيتها التحتية للذكاء الاصطناعي.

١٠. ➤ أبرز النقاط المستفادة

• ٩. وحدات البصريات المُعبَّأة معًا ١١. تدمج الأجزاء البصرية والإلكترونية معًا. وهذا يساعد في نقل البيانات أسرع ويوفِّر الطاقة. كما يجعل مسار الإشارة أقصر بكثير، من السنتيمترات إلى المليمترات. ويمكن أن يقلل استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى النصف. كما يخفض زمن الانتقال (التأخير). وتتيح تكنولوجيا CPO تخزين كمية أكبر من البيانات في مساحة صغيرة. وهذا يساعد مراكز البيانات على التعامل مع كميات أكبر من البيانات. وهناك بعض المشكلات، مثل الحرارة وصعوبة التصنيع. لكن تحسين أنظمة التبريد والتغليف يساعد في حل هذه المشكلات. وتستخدم مراكز البيانات ومقدِّمو خدمات السحابة وشركات الحوسبة عالية الأداء (HPC) تكنولوجيا CPO. فتحصل على سرعات أعلى وتكاليف طاقة أقل وقدرة أكبر على التوسُّع.

١٢. ➤ فهم وحدات البصريات المُعبَّأة معًا (CPO): الابتكار الأساسي

١٣. وعلى عكس ١٤. المرسل/المستقبل البصري القابل للتوصيل التقليدي ١٥. الذي يُثبَّت في لوحة أمامية، فإن ١٦. وحدة البصريات المُعبَّأة معًا (CPO) ١٢. (ويُسمى غالبًا ٥. المحرك البصري١٧. ) تُدمج مباشرةً على نفس الركيزة أو «الواصلة» (interposer) الخاصة بوحدة التبديل/التوجيه ٢٠. دائرة متكاملة تطبيقية مخصصة (ASIC). ١٨. . ويؤدي هذا التعبئة المشتركة إلى تقصير المسارات الكهربائية عالية السرعة التي تربط السيليكون بالعناصر البصرية بشكل كبير.

• ١٩. الاختلاف الجوهري: ٢٠. وحدة CPO ٧. قابلة للتبديل الساخن ٢١. ليست وحدة منفصلة قابلة للاستبدال الساخن. بل هي تجميع مدمج بإحكام لمكوِّنات بصرية (مثل الليزر ووحدات التعديل وكاشفات الضوء ومشغِّلات الإشارات ومُضخِّمات الإشارات ذات التيار المنخفض) مصمَّمة خصيصًا لتوضع جنبًا إلى جنب مع رقاقة المعالج (ASIC).

• ٢٢. العوامل التكنولوجية الأساسية الداعمة: ١. تُعَدّ تقنيات الفوتونيات السيليكونية (SiPh)، والتغليف المتقدم (التكامل ثنائي الأبعاد ونصف والثلاثي الأبعاد)، والركائز عالية الكثافة (مثل المُتَوَسِّطات السيليكونية، والعبوات العضوية) ضروريةً لتحقيق الوظائف ٩. وحدات البصريات المُعبَّأة معًا.

٢. ➤ لماذا وحدات الإرسال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO)؟ الدوافع المحركة

1. ٣. انهيار حاجز الطاقة: ٤. يستهلك إرسال الإشارات الكهربائية عالية السرعة (224G PAM4 وما بعدها) عبر بوصات لوح الدوائر المطبوعة (PCB) التي يبلغ طولها بوصاتٍ عديدةً للوصول إلى وحدات التوصيل القابلة للإدخال في المقدمة طاقةً زائدةً جدًّا (~10–15 بيكي جول/بت أو أكثر). ٩. وحدات البصريات المُعبَّأة معًا ٥. وتقليل هذه المسافة إلى ملليمترات قد يخفض استهلاك الطاقة في واجهات الإدخال/الإخراج بنسبة تفوق ٥٠٪ لكل بت.

2. ٦. انفجار كثافة النطاق الترددي: ٧. تتطلب مجموعات الذكاء الاصطناعي/التعلُّم الآلي كثافة اتصال غير مسبوقة. وتتيح تقنية CPO تركيب آلاف القنوات الضوئية مباشرةً بجانب دائرة ASIC المخصصة، وبذلك تتجاوز القيود المادية للمقدمة الأمامية، وتسمح بسعات مبدِّلات تفوق ٢٥,٦ تيرابيت وتقترب بسرعة من ٥١,٢ تيرابيت و١٠٢,٤ تيرابيت.

3. ٨. سلامة الإشارة عند السرعات القصوى: ٩. وتقلل المسارات الكهربائية الأقصر من فقدان الإشارة والتشويه (الاهتزاز الزمني) والتشابك بين الإشارات، ما يجعل تقنية 224G وتقنيات 448G PAM4 المستقبلية لكل قناة قابلةً للتحقيق وموثوقةً. وهذا أمرٌ حاسمٌ لـ ١٩. محول بصري عالي السرعة ١٦. أداء موثوق.

4. ١٠. التكلفة والإنتاجية الكلية للنظام: ١١. وعلى الرغم من أن التكلفة الأولية ١٢. لوحدة CPO الضوئية ١٣. مرتفعة، فإن التوفير على مستوى النظام الناتج عن خفض استهلاك الطاقة ومتطلبات التبريد وربما تصاميم لوح الدوائر المطبوعة الأبسط يوفِّر عائدًا جذّابًا على الاستثمار الكلي (TCO)، خاصةً في البيئات فائقة الحجم.

١٤. ➤ تشريح وحدة الإرسال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO): المكوّنات الرئيسية والدمج

A ١٥. وحدة الإرسال والاستقبال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO) ١٦. تتكون عادةً من:

1. ١٧. دائرة متكاملة فوتونية (PIC): ١٨. تكون عادةً مبنية على الفوتونيات السيليكونية، وتدمج وحدات التعديل (مثل مُعدِّلات ماخ-زيندر – MZMs)، وواحدات كشف الضوء (PDs)، والموجّهات الضوئية، وربما وحدات التعدد/الفصل (Mux/Demux). وهذه هي المحرك الأساسي للتلاعب بالضوء.

2. ١٩. دائرة متكاملة إلكترونية (EIC): ٢٠. تحتوي على مشغِّلات كهربائية عالية السرعة لمُعدِّلات الإشارة ومُضخِّمات التيار-المقاومة (TIAs) لكواشف الضوء. ويجب أن تكون موضعها قريبًا جدًّا من الدائرة المتكاملة الفوتونية (PIC).

3. ٥٤. مصدر الضوء: ٢١. مصدر ضوئي خارجي عادةً على شكل صفّ من الليزر المستمر (CW). ولا يزال دمج ليزرات فعّالة وعالية القدرة مباشرةً في الدائرة يشكّل تحديًّا كبيرًا. ويتم توصيل الضوء عبر ألياف أو موجّهات ضوئية.

4. ٢٢. التغليف ووسائل الاتصال: ١. تربط وصلات كهربائية فائقة الكثافة (النتوءات الميكروية، الالتصاق الهجين) وحدة التكامل الإلكتروني (EIC) بالدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC) ووحدة التكامل الإلكتروني (EIC) بوحدة التكامل الضوئي (PIC). وتتصل وحدة التكامل الضوئي (PIC) بمجموعة الألياف الخارجية عبر الاقتران الضوئي (الألياف العدسية، المُجَسَّرات). وتتم إدارة الحرارة المتقدمة ٢. جزء لا يتجزأ.

٣. ➤ وحدات البصريات المُدمجة مع المعالج (CPO) مقابل المحولات الضوئية القابلة للإدخال مقابل البصريات المُجمَّعة قرب المعالج (NPO): تحليل مقارن

١٨.‏ الميزة	٤. محول ضوئي قابل للإدخال (مثل: QSFP-DD، OSFP)	٥. وحدة بصريات مُجمَّعة قرب المعالج (NPO)	٦. وحدة بصريات مُدمجة مع المعالج (CPO)
١٥. الموقع	٧. لوحة أمامية للمبدِّل/الموجِّه	٨. ركيزة/حامل منفصل ٩. قريب جدًّا ١٠. من الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC)	١١. نفس الركيزة/الواصل المستخدم مع الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC)
١٢. طول المسار الكهربائي	١٣. طويل (١٠–١٥ سم فأكثر)	١٤. قصير (١–٥ سم)	١٥. قصير جدًّا (< ١ سم)
١٦. كفاءة استهلاك الطاقة (للوصلات الإدخال/الإخراج)	٣٤. أقل	١٧. تحسُّن معتدل	١٨. أعلى مستوى (ممكن خفض بنسبة ٥٠٪ أو أكثر)
١٤. كثافة النطاق الترددي	١٩. محدود باللوحة الأمامية	٢٠. أعلى بكثير من المحولات القابلة للإدخال	٢٧. أعلى إمكانية
٣١. إدارة الحرارة	٢١. لكل وحدة	٢٢. يتطلب التنسيق مع نظام تبريد الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC)	٢٣. معقد للغاية، حيث يجمع بين الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC) والأنظمة البصرية
٢٤. إمكانية الترقية/الصيانة	٢٥. سهلة (قابلة للتبديل أثناء التشغيل)	٢٦. صعبة (غالبًا ما تتطلب إيقاف تشغيل النظام بالكامل)	٢٧. صعبة جدًّا (يتطلب استبدال الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC))
٢٨. الوصول إلى المنفذ الضوئي	٢٩. اللوحة الأمامية	٣٠. عادةً عند حافة اللوحة/الحامل بالقرب من الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC)	٣١. داخلي داخل غلاف الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC)
٣٢. نضج النظام البيئي	٣٣. ناضج جدًّا	٤٨. ناشئ	٣٤. في مرحلة التطوير الأولي
٣٥. التركيز الأساسي على حالات الاستخدام	٣٦. الغرض العام، المرونة	٣٧. التجميع عالي الكثافة، التبني المبكر للذكاء الاصطناعي	٣٨. كثافة فائقة، الذكاء الاصطناعي/التعلُّم الآلي الحساس للطاقة، وحدات التوجيه عند الحافة (TOR)

٣٩. ➤ التحديات الحرجة لتشغيل وحدات البصريات المُدمجة مع المعالج (CPO)

٤٠. وعلى الرغم من الوعود الكبيرة، لا تزال هناك عقبات كبيرة قائمة:

1. ٦.‏ إدارة الحرارة: ٤١. يؤدي دمج الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC) عالية القدرة (غالبًا أكثر من ٧٠٠ واط) مع مصادر الليزر الحساسة والأنظمة الفوتونية إلى ظهور بقع حرارية شديدة. ٤٠. LINK-PP ٤٢. تستفيد الشركة من خبرتها في حلول الإدارة الحرارية — مثل تقنية النواة النحاسية المستخدمة في وحدتنا ٤٣. القابلة للإدخال بسرعة ٨٠٠ جيجابت/ثانية SR8 ٤٤. لاستخلاص الدروس التي تُطبَّق على تصاميم ١٥. وحدة الإرسال والاستقبال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO) ٤٥. الدمج، مع التركيز على مسارات فعّالة لاستخراج الحرارة.

2. ٤٦. إمكانية الاختبار، العائد، والرقائق الجيدة الموثوقة (KGD): ٤٧. اختبار المحرك البصري ١٣. قبل ٤٨. التكامل النهائي للدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC) معقد ومكلف. ويُعد ضمان أن تكون الرقائق جيدة ومُوثوقة (KGD) لكلٍّ من الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC) و ١٢. لوحدة CPO الضوئية ٤٩. أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق عائد عالٍ. ٦٩. LQ-CW100-FR4C ٥٠. صارم ٥١. منهجيات اختبار المحولات الضوئية ٥٢. التي وُضعت للمنتجات مثل ٥. LQD-CW400-DR4C ٥٣. أساسية لضمان جودة وحدات البصريات المُدمجة مع المعالج (CPO).

3. ٥٤. دمج الليزر: ١. يظل ربط الضوء بكفاءة من الليزرات الموثوقة عالية القدرة بالدوائر الضوئية المتكاملة (PIC) تحديًّا تقنيًّا وتكاليفيًّا كبيرًا. وتُعَدُّ مصفوفات الليزر الخارجية (ELAs) الحلَّ الحالي، لكن التغليف المشترك أو الليزرات المدمجة على الرقاقة تُعَدُّ أهدافًا طويلة المدى مرغوبة.

4. ٢. تعقيد التغليف والتكلفة: ٣. يؤدي التغليف المتقدم ثنائي الأبعاد/ثلاثي الأبعاد (2.5D/3D) والمحاذاة البصرية الفائقة الدقة إلى ارتفاع التكاليف الأولية مقارنةً بالوحدات القابلة للإدخال (pluggables). ويكتسي التوحيد القياسي (مثل: OIF، COBO، OpenEye MSA) أهميةً حاسمةً في خفض التكاليف.

5. ٤. إمكانية الإصلاح وسلسلة التوريد: ٥. عطل في ١٥. وحدة الإرسال والاستقبال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO) ٦. المكوِّن عادةً ما يستلزم استبدال حزمة الـ ASIC بأكملها، مما يؤثِّر على التكاليف التشغيلية. كما أن النظام البيئي للمكونات المُغلفة بشكل مشترك لا يزال في مراحله الأولى.

٧. ➤ LINK-PP: جسرٌ بين الاحتياجات الحالية ورؤية الاتصالات الضوئية المُغلفة (CPO) المستقبلية

١٨. التصحيح الأمامي للأخطاء ٩. وحدات البصريات المُعبَّأة معًا ٨. تمثِّلُ المستقبلَ الأمامي،, ٤٠. LINK-PP ٩. توفِّر الأداء العالي والموثوقية ٢٢. حلول وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية ١٠. الضرورية للبنية التحتية الحالية والانتقالية:

• ١١. الوحدات القابلة للإدخال المتطوِّرة: ١٢. يقدِّم مجموعتنا الكثافة والكفاءة اللتين تتطلبهما الشبكات المتطورة. استكشف ١٣. محولات الإرسال والاستقبال الضوئية بسعة ٨٠٠ جيجابت/ثانية ١٤. مثل الطراز ١٥. LQD-M31800-DR8C QSFP-DD ١٦. الذي يصل إلى مسافة ٥٠٠ متر عبر الألياف أحادية الوضع (SMF)، أو الطراز ١٧. LQD-M85800-SR8C ١٨. المصمم لروابط النطاق الترددي العالي داخل مراكز البيانات. أما بالنسبة لاحتياجات سعة ٤٠٠ جيجابت/ثانية، ففكِّر في الطراز المُحسَّن من حيث استهلاك الطاقة ٧. LQD-CW400-FR4C وحدات QSFP-DD.

• ١٩. الخبرة الجاهزة لتقنية NPO: ٤٠. LINK-PP ٢٠. نقوم حاليًّا بتطوير ٥. المحرك البصري ٢١. التقنيات ومعرفة التكامل ذات الصلة بتقنية البصريات القريبة من الحزمة (NPO)، وهي خطوة أساسية نحو تحقيق تقنية الاتصالات الضوئية المُغلفة (CPO) الكاملة. وتنطبق أعمالنا في مجال الإدارة الحرارية المتقدمة، التي تتجلى في وحدات مثل ١٩. إل كيو-إل دبليو ١٠٠-زِد آر٤ سي ٤٤. QSFP28, ٢٢. ، مباشرةً على هذا السياق.

• ٢٣. الاستثمار في مستقبل تقنية CPO: ٤٠. LINK-PP ٢٤. ملتزمٌ بالابتكار في مجال الفوتونيات السيليكونية وهندسة التغليف المشترك. ونحن نطوِّر ١٥. وحدة الإرسال والاستقبال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO) ٢٥. وحدات البناء الأساسية ونشارك في التجمعات الصناعية لدفع معايير هذه التقنيات، مما يضمن جاهزية حلولنا لعصر التغليف المشترك. اسأل عن ٢٦. أدوات تطوير المحركات الضوئية لتقنية CPO.

٢٧. ➤ الخاتمة: الاندماج الحتمي

٩. وحدات البصريات المُعبَّأة معًا ١.‏ ليست مجرد خطوة تدريجية؛ بل تمثّل تحولاً معماريًّا جذريًّا ضروريًّا لاستمرار قانون مور المتعلق بالعرض الترددي، وللتغلب على القيود المفروضة على استهلاك الطاقة والتي تعاني منها مراكز البيانات الحديثة. وعلى الرغم من استمرار التحديات المتعلقة بإدارة الحرارة وقابلية الاختبار والتكلفة الأولية، فإن المزايا الملحوظة في كفاءة استهلاك الطاقة وكثافة العرض الترددي والأداء عند السرعات القصوى تجعل تقنية التكامل المُعبَّأ معًا (CPO) أمرًا حتميًّا لأكثر التطبيقات طلبًا. وقد بدأ هذا الانتقال فعليًّا، مرورًا بتقنية التكامل القريب (NPO) نحو التكامل الكامل المُعبَّأ معًا.

٢.‏ مستعد للانطلاق في رحلة استكشاف مستقبل الاتصالات الضوئية؟

٤٠. LINK-PP ٣.‏ نحن شريكك في الحلول الضوئية المتطوّرة، ابتداءً من أحدث وحدات الواجهة القابلة للإدخال ذات الأداء الأعلى اليوم وحتى ٤.‏ وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا ٥.‏ غدًا.

• ٦.‏ حسِّن شبكتك الحالية: ٧.‏ اكتشف نطاقنا الواسع من أجهزة الاستقبال والنقل الضوئية عالية السرعة, ، بما في ذلك ١٨. ٨٠٠ جيجابت في الثانية, ١٣. ٤٠٠ جيجابت في الثانية, ٢٩.‏ ، و ٢٧. ١٠٠ جيجابت/ثانية .

• ٨.‏ استعد لتقنيتي التكامل المُعبَّأ معًا (CPO) والتكامل القريب (NPO): ٩.‏ اتصل بخبرائنا الفنيين لمناقشة خارطة طريقك الخاصة بالأجيال القادمة من ٣٠. البصريات المُجمَّعة مع المعالج (co-packaged optics) ١٠.‏ التكامل ٦٩. LQ-CW100-FR4C ١١.‏ المتقدمة ٥. المحرك البصري ١٢.‏ والتطوير.

• ١٣.‏ احصل على أحدث التقنيات: ١٤.‏ استفسر عن ١٥. وحدة الإرسال والاستقبال الضوئي ذات الاتصال المُدمج بالكمبيوتر (CPO) ١٥.‏ تطوير المكونات لدينا والحلول الجاهزة للمستقبل.

١٧.‏: الأسئلة الشائعة

١٦.‏ ما هي وحدة التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO)؟

١٧.‏ تضع وحدة التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO) المكوّنات الضوئية والإلكترونية معًا. وهذا يساعد مراكز البيانات على إرسال البيانات بشكل أسرع، كما أنها تستهلك طاقة أقل مقارنةً بالتصاميم القديمة.

١٨.‏ ما الفوائد التي توفرها تقنية التكامل الضوئي المُعبَّأ معًا (CPO)؟

١٩.‏ توفر تقنية التكامل الضوئي المُعبَّأ معًا (CPO) عرض ترددي أعلى واستهلاكًا أقل للطاقة، كما تقلّل زمن الانتقال (Latency). وبذلك يمكن لمراكز البيانات نقل كمّ أكبر من البيانات باستخدام طاقة أقل، مما يوفّر المال ويحسّن الأداء.

٢٠.‏ ما التحديات التي تواجه وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO)؟

٢١.‏ تواجه وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO) مشكلات تتعلّق بالحرارة وصعوبة التصنيع. وتحتاج الصناعة إلى معايير أفضل ومورّدين أكثر عددًا، وذلك لمساعدة المزيد من الجهات على اعتماد وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO).

٢٢.‏ في أي القطاعات تُستخدم وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO)؟

٢٣.‏ تستخدم مراكز البيانات ومقدّمو خدمات الحوسبة السحابية وشركات الحوسبة عالية الأداء (HPC) وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO)، إذ تحتاج هذه الجهات إلى نقل بيانات سريع وفعال لأداء مهامها.

٢٤.‏ ما الذي يميّز وحدات التكامل الضوئي المُعبَّأة معًا (CPO) عن الوحدات الضوئية التقليدية؟

تدمج وحدات CPO المحركات الضوئية ورقائق المفتاح معًا. أما الوحدات التقليدية فتحتفظ بهذه الأجزاء منفصلةً. وتتميز وحدات CPO بمسارات إشارات أقصر. ما يجعلها أسرع وأكثر كفاءة.

٢٨.‏: انظر أيضًا

٩. فهم الدور وأهمية وحدة الإرسال الضوئي (TOSA) في الوحدات

٥٣. نقدِّم لك مجتمع LINK-PP للشبكات