Рост оптики с совместной упаковкой: подробный обзор оптических модулей CPO

What is a CPO Optical Module and Why Does It Matter

Неумолимый рост искусственного интеллекта, вычислений в гипермасштабных центрах данных и сетей следующего поколения вскрывает ограничения традиционных подключаемых оптических модулей. оптические трансиверы. Проблемы целостности электрических сигналов, растущее энергопотребление и физические ограничения плотности размещения при скоростях свыше 200 Гбит/линия требуют фундаментального перехода. На сцену выходит оптика с совместной упаковкой (CPO), — трансформационная архитектура, при которой оптический двигатель перемещается внутрь корпуса коммутационного ASIC. В данной статье представлено исчерпывающее описание оптических модулей CPO,, рассматриваются их технология, преимущества, вызовы и ключевая роль в будущих центрах обработки данных и ИИ-инфраструктуре.

➤ Ключевые выводы

оптических модулей CPO, Оптические и электронные компоненты объединяются в одном корпусе. Это ускоряет передачу данных и снижает энергопотребление. Длина пути сигнала сокращается с сантиметров до миллиметров. Такое решение может снизить энергопотребление почти вдвое. Также уменьшается задержка. Технология CPO позволяет разместить больше данных в ограниченном пространстве. Это помогает центрам обработки данных обрабатывать большие объёмы информации. Существуют определённые трудности, например, отвод тепла и сложность производства. Однако улучшенные системы охлаждения и упаковки помогают решать эти проблемы. Центры обработки данных, облачные провайдеры и компании, занимающиеся высокопроизводительными вычислениями (HPC), используют CPO. Они получают более высокие скорости, снижение затрат на энергию и возможность лёгкого масштабирования.

➤ Понимание оптических модулей CPO: основная инновация

В отличие от обычного подключаемого оптического трансивера, который устанавливается в переднюю панель, оптический модуль CPO (часто называемый оптический двигательинтегрируется непосредственно на ту же подложку или промежуточную плату, что и коммутационный/маршрутизирующий ASIC. чип. Такая совместная упаковка радикально сокращает длину высокоскоростных электрических линий связи между кремнием и оптическими компонентами.

Ключевое различие: Модуль CPO оптический трансивер не является отдельным, горячезаменяемым устройством. Это тесно интегрированный блок фотонных компонентов (лазеров, модуляторов, фотодетекторов, драйверов, TIA), специально разработанный для совместного размещения с ASIC.
Основные технологические факторы, обеспечивающие реализацию: Кремниевая фотоника (SiPh), передовые методы упаковки (2,5D/3D-интеграция) и высокоплотные подложки (кремниевые промежуточные платы, органические корпуса) критически важны для реализации функциональных
оптических модулей CPO,.

➤ Почему оптические модули CPO? Основные побудительные причины

«Стена потребляемой мощности» рушится:
Передача высокоскоростных электрических сигналов (PAM4 на 224 Гбит/с и выше) на расстояния в дюймы по печатной плате для подключения к модульным оптическим трансиверам на передней панели требует чрезмерного энергопотребления (~10–15 пДж/бит или более).
. оптических модулей CPO, сокращение этого расстояния до миллиметров может снизить энергопотребление интерфейса более чем на 50% на бит.
.
Взрывная плотность пропускной способности:
Кластеры ИИ/МО требуют беспрецедентной плотности межсоединений. CPO позволяет разместить тысячи оптических каналов непосредственно рядом с ASIC, обходя физические ограничения передней панели и обеспечивая ёмкость коммутаторов свыше 25,6 Тбит/с и стремительно приближающуюся к 51,2 Тбит/с и 102,4 Тбит/с.
.
Целостность сигнала на экстремальных скоростях:
Более короткие электрические пути минимизируют потери сигнала, искажения (джиттер) и перекрёстные помехи, делая возможными и надёжными скорости 224 Гбит/с и будущие 448 Гбит/с PAM4 на линию. Это критически важно для
высокоскоростного оптического трансивера
производительность.
Общая стоимость и эффективность системы:
Хотя первоначальные
модули CPO
стоят дорого, экономия на уровне всей системы — за счёт снижения энергопотребления, требований к системе охлаждения и, возможно, упрощения конструкции печатной платы — обеспечивает привлекательную совокупную стоимость владения (TCO), особенно в гипермасштабных центрах обработки данных.
.

➤ Строение оптического модуля CPO: ключевые компоненты и интеграция

A Оптический трансивер CPO
обычно состоит из:

Фотонной интегральной схемы (PIC):
Обычно на основе кремниевой фотоники (SiPh), объединяющей модуляторы (например, интерферометры Маха–Цендера — MZM), фотодетекторы (PD), волноводы и, возможно, мультиплексоры/демультиплексоры (Mux/Demux). Это основной «двигатель» управления светом.
.
Электронной интегральной схемы (EIC):
Содержит высокоскоростные электрические драйверы для модуляторов и трансимпедансные усилители (TIA) для фотодетекторов. Должна располагаться чрезвычайно близко к PIC.
.
Источник света: Обычно — внешний массив непрерывных лазеров (CW). Интеграция эффективных лазеров высокой мощности напрямую остаётся значительной задачей. Подача света осуществляется по волокну или волноводу.
Упаковка и межсоединения: Сверхвысокоплотные электрические соединения (микровыступы, гибридное соединение) связывают оптоэлектронную интегральную схему (EIC) с ASIC и EIC с фотонной интегральной схемой (PIC). Оптическая связь (линзированные волокна, решётки) соединяет PIC с внешним массивом оптических волокон. Передовые решения для теплового управления — неотъемлемая часть системы.

➤ Оптические модули CPO против подключаемых трансиверов и модулей NPO: сравнительный анализ

Характеристика	Подключаемый оптический трансивер (например, QSFP-DD, OSFP)	Модуль близкоупакованных оптических компонентов (NPO)	Оптический модуль совместно упакованных оптических компонентов (CPO)
Расположение	Лицевая панель коммутатора/маршрутизатора	Отдельная подложка/несущая плата очень близко к ASIC	Та же подложка/промежуточная платформа, что и у ASIC
Длина электрического пути	Длинный (10–15 см и более)	Короткий (1–5 см)	Сверхкороткий (< 1 см)
Энергоэффективность (ввод-вывод)	Ниже	Умеренное улучшение	Наибольшая (возможно снижение на 50 % и более)
Плотность пропускной способности	Ограничена лицевой панелью	Значительно выше, чем у подключаемых модулей	Наибольший потенциал
Тепловое управление	На уровне отдельного модуля	Требует координации с системой охлаждения ASIC	Чрезвычайно сложное, объединённое охлаждение ASIC и оптики
Возможность обновления/обслуживания	Простая (горячая замена)	Затруднённая (часто требует остановки работы системы)	Очень затруднённая (требуется замена ASIC)
Доступ к оптическому порту	Лицевая панель	Обычно — край платы/несущей платы вблизи ASIC	Внутри корпуса ASIC
Зрелость экосистемы	Высоко зрелая	Начинающая развиваться	Ранняя стадия разработки
Основная сфера применения	Общего назначения, гибкость	Агрегация высокой плотности, первые этапы внедрения ИИ	Сверхвысокая плотность, критичная энергоэффективность для ИИ/МО, TOR

➤ Ключевые проблемы развертывания оптических модулей CPO

Несмотря на перспективность, остаются существенные препятствия:

Тепловой менеджмент: Интеграция высокомощных ASIC (часто > 700 Вт) с чувствительными лазерными источниками и фотонными компонентами создаёт интенсивные «горячие точки». ССЫЛКА-PP использует свой опыт в области тепловых решений — например, технологию медного сердечника, применяемую в нашем подключаемом модуле 800G SR8, чтобы информировать проекты интеграции, делая акцент на эффективных путях отвода тепла. Оптический трансивер CPO
Тестируемость, выход годных изделий и KGD:.
Тестирование оптического двигателя до before окончательная интеграция ASIC является сложной и дорогостоящей. Обеспечение известных исправных кристаллов (KGD) как для ASIC, так и для модули CPO
имеет решающее значение для выхода годных изделий. LINK-PP’s строгие методологии тестирования оптических трансиверов разработаны для таких продуктов, как LQD-CW400-DR4C и лежат в основе обеспечения качества CPO.
Интеграция лазеров: Эффективная передача света от надёжных лазеров высокой мощности в фотонную интегральную схему (PIC) остаётся серьёзной технической и экономической проблемой. Внешние лазерные массивы (ELA) — это текущее решение, однако долгосрочными целями являются совместная упаковка или лазеры на кристалле.
Сложность и стоимость упаковки: Продвинутые технологии 2.5D/3D-упаковки и сверхточная оптическая юстировка приводят к росту первоначальных затрат по сравнению с подключаемыми модулями. Стандартизация (например, OIF, COBO, OpenEye MSA) имеет ключевое значение для снижения себестоимости.
Ремонтопригодность и цепочка поставок: Неисправность компонента Оптический трансивер CPO
обычно требует замены всего пакета ASIC, что влияет на эксплуатационные расходы. Экосистема компонентов с совместной упаковкой пока находится на начальной стадии развития.

➤ LINK-PP: Мост между сегодняшними потребностями и будущим видением CPO

Хотя оптических модулей CPO, представляют собой следующий рубеж, ССЫЛКА-PP обеспечивают высокопроизводительные и надёжные оптические трансиверные решения, необходимые для современной и переходной инфраструктуры:

Современные подключаемые модули: Наш портфель обеспечивает плотность и эффективность, требуемые развивающимися сетями. Ознакомьтесь с нашими оптическими трансиверами 800G, такими как LQD-M31800-DR8C QSFP-DD для дальности до 500 м по одномодовому волокну (SMF) или LQD-M85800-SR8C для высокопропускных внутридатацентровых соединений. Для задач 400G рассмотрите энергоэффективный модуль LQD-CW400-FR4C QSFP-DD.
Экспертиза, готовая к NPO: ССЫЛКА-PP активно разрабатывает оптический двигатель технологии и накапливает знания об интеграции, относящиеся к близкоупакованным оптическим решениям (NPO) — критическому этапу на пути к полной реализации CPO. Наша работа в области продвинутого теплового управления, наглядно демонстрируемая в модулях вроде LQ-LW100-ZR4C, QSFP28, напрямую применима.
Инвестиции в будущее CPO: ССЫЛКА-PP привержена инновациям в области кремниевой фотоники и архитектур совместной упаковки. Мы разрабатываем Оптический трансивер CPO
строительные блоки и участие в отраслевых консорциумах для продвижения стандартов, обеспечивая готовность наших решений к эпохе совместной упаковки. Узнайте больше о наших комплектах разработки оптических двигателей CPO.

➤ Заключение: Неизбежная интеграция

оптических модулей CPO, представляют собой не просто постепенный шаг; они знаменуют фундаментальный архитектурный сдвиг, необходимый для поддержания закона Мура в части пропускной способности и преодоления ограничений по энергопотреблению, с которыми сталкиваются современные центры обработки данных. Хотя остаются проблемы, связанные с тепловым управлением, тестированием и первоначальной стоимостью, неоспоримые преимущества в энергоэффективности, плотности пропускной способности и производительности на сверхвысоких скоростях делают CPO неизбежным выбором для наиболее требовательных применений. Переход уже начался и проходит стадию NPO на пути к полной совместной упаковке.

Готовы исследовать будущее оптической связи?

ССЫЛКА-PP является вашим партнёром в области передовых оптических решений — от сегодняшних самых высокопроизводительных подключаемых модулей до модулей совместно упакованной оптики завтрашнего дня.

Оптимизируйте свою текущую сеть: Ознакомьтесь с нашим широким ассортиментом высокоскоростных оптических трансиверов, включая 800G
, 400 Гбит/с, и 100 Гбит/с решения.
Подготовьтесь к CPO и NPO: Свяжитесь с нашими техническими экспертами, чтобы обсудить ваш план перехода к следующему поколению совместно упакованной оптики и узнать о LINK-PP’s передовых оптический двигатель разработках.
Получите доступ к передовым технологиям: Уточните информацию о наших Оптический трансивер CPO
компонентах и решениях, готовых к будущему.

Вопросы и ответы

Что такое оптический модуль CPO?

Оптический модуль CPO объединяет оптические и электронные компоненты в одном корпусе. Это позволяет центрам обработки данных передавать данные быстрее и с меньшим энергопотреблением по сравнению с устаревшими конструкциями.

Какие преимущества даёт технология CPO?

Технология CPO обеспечивает более высокую пропускную способность и снижение энергопотребления, а также уменьшение задержек. Центры обработки данных могут передавать больший объём данных, используя меньше энергии. Это позволяет экономить средства и повышает общую эффективность работы.

С какими трудностями сталкиваются оптические модули CPO?

Модули CPO сталкиваются с проблемами теплоотвода и сложностью производства. Отрасли необходимы более совершенные стандарты и расширение числа поставщиков, что поможет повысить распространение модулей CPO.

В каких отраслях применяются оптические модули CPO?

Центры обработки данных, облачные провайдеры и компании, занимающиеся высокопроизводительными вычислениями (HPC), используют модули CPO. Эти группы нуждаются в быстрой и эффективной передаче данных для выполнения своей работы.

Чем модули CPO отличаются от традиционных оптических модулей?

В модулях CPO оптические двигатели и коммутационные чипы размещаются совместно. В традиционных модулях эти компоненты располагаются отдельно. В модулях CPO пути сигнала короче, что делает их быстрее и эффективнее.