Bendra{0}}Supakuota optika (CPO)yra sujungimo architektūra, kuri patalpina optinį variklį tiesiai šalia jungiklio ASIC arba procesoriaus, o ne nukreipia didelės spartos{0}}elektros signalus per plokštę į priekinius{1}}panelius prijungiamus modulius. Dirbtinio intelekto duomenų centrams CPO yra svarbus, nes jis atakuoja tris suvaržymus, kuriuos įprasta optika pirmiausia paveikia dideliu greičiu: galia vienam bitui, pralaidumo tankis ir elektrinio signalo vientisumas. Tai nėra naujas modulio formos veiksnys. Tai sistemos{5}}lygio pokytis, kaip elektros ir optinės funkcijos integruojamos jungiklyje.
Poslinkis nebėra teorinis. 2025 m. GTC parodoje NVIDIA pademonstravo savo Quantum{2}}X ir Spectrum-X fotoninius jungiklius su į paketą integruotais silicio-fotonikos varikliais, oOFC 2025 platus pardavėjų asortimentas parodė optinius variklius, įterptus į ASIC paketus. Daugeliui komandų nebekyla klausimas, ar CPO tikras, o kur ir kada jis tinka.
Kas yra bendra{0}}paketinė optika?
„Co-Packaged Optics“ perkelia optinį variklį -, kartais vadinamą fotonine mikroschema - iš priekinės plokštės į jungiklio pagrindą, esantį netoli ASIC. Tikslas yra sutrumpinti elektros kelią tarp lusto ir taško, kur signalai virsta šviesa.
Taikant tradicinę prijungiamą architektūrą, jungiklis ASIC perduoda didelės spartos{0}}elektros signalus per PCB pėdsaką centimetrais į priekiniame skydelyje sumontuotus siųstuvus-imtuvus. Šis modelis yra brandus, lankstus ir lengvai prižiūrimas. Tačiau didėjant-juostų spartai iki 200 G ir daugiau, šie elektros keliai suvartoja vis didesnę visos sistemos galios dalį ir tampa sunkiau švariai suprojektuoti.
CPO keičia geometriją. Signalas elektra nuskrieja tik kelis milimetrus, kol paverčiamas optiniu, o ne 15–30 cm per plokštę. Praktinis efektas, vienu sakiniu: optinis įvestis / išvestis juda pakankamai arti lusto, kad jungiklis gali išstumti daug didesnį pralaidumą su daug mažesne elektros įtampa.
Ar CPO yra tas pats, kas silicio fotonika?
Ne, ir skirtumas yra svarbus. Silicio fotonika yra gamybos platforma, naudojama fotoninėms integrinėms grandinėms kurti. CPO yra sistemos architektūra, kurinaudojasilicio fotonika kaip viena įgalinanti technologija. Pavyzdžiui, NVIDIA fotoniniai varikliai yra sukurti remiantis TSMC COUPE procesu, pagal kurį elektroninis štampelis sukraunamas ant fotoninio štampo. - Silicio fotonika yra statybinė medžiaga, CPO – tai, kaip jis surenkamas į jungiklį.
Kodėl AI duomenų centrai stumia optiką arčiau lusto
AI klasteriai generuoja intensyvų rytų{0}}vakarų srautą tarp GPU, greitintuvų, saugyklos ir jungiklių. Mokymo ir išvadų darbo krūviai perkelia didžiulius duomenų kiekius, laikantis griežtų delsos ir nuoseklumo reikalavimų, o tinklo planas pranoksta tai, ką gali patogiai pateikti priekinio{2}}panelio optika.
Trys spaudimai skatina pamainą, ir jie susilieja vienas su kitu.
Juostos plotis didėja greičiau nei elektrinis pasiekiamumas.Tinklai pereina nuo 400G į 800G irTikimasi, kad 1.6T optiniai moduliai bus pradėti naudoti anksti, maždaug 2025–2026 m.. Kadangi jungiklio ASIC pralaidumas apytiksliai padvigubėja kas 18–24 mėnesius, o naudojamas elektrinis vario pasiekiamumas mažėja esant didesniam „SerDes“ greičiui, priekinio-panelio prijungiamas modelis patenka į sieną maždaug 102,4 Tbps jungiklio kartos.
Galia vienam bitui dabar yra įrenginio{0}}lygio skaičius.Tai yra metrika, kuri iš tikrųjų lemia pirkimo sprendimus. Tradicinis 800G prijungiamas modulis veikia maždaug nuo 15 iki 20 pidžaulių vienam bitui; CPO diegimas siekia maždaug 5 pJ/bit, o patikimas kelias yra mažesnis už tai. Tai patvirtina nepriklausomos demonstracijos -„Intel“ optinio įvesties / išvesties mikroschema sunaudoja apie 5 pJ/bit, palyginti su maždaug 15 pJ/bit prijungiamų modulių.. Daugelyje šimtų tūkstančių prievadų didelėje mokymo grupėje, sutaupę 10–15 vatų kiekviename prievade, pastato lygiu sudaro megavatus. Numatyta, kad vienas aukščiausios klasės-stelas sunaudos šimtus kilovatų, todėl kiekvienas tinkle neišleistas vatas yra vatas, kurį galima apskaičiuoti.
Priekinės{0}}plokštės tankis yra kietos lubos.Didesnis pralaidumas reiškia daugiau prievadų, daugiau kabelių, daugiau šilumos ir sunkesnį oro srautą. Priekinės plokštės yra tik tiek, o dėl jos varžosi prijungiami narvai. Perkėlus konversiją ant pagrindo, ši geometrinė riba pašalinama.
Štai kodėl CPO labiausiai tinka didelėms AI, HPC, debesų ir didelio masto aplinkoms - toms vietoms, kur šie trys slėgiai atsiranda pirmiausia. Jis nėra skirtas pakeisti kiekvieną modulį kiekviename duomenų centre.
CPO architektūra iš pirmo žvilgsnio
Tai padeda žiūrėti į CPO kaip į sudedamųjų dalių rinkinį, o ne į vieną dalyką. Kiekvienas iš jų perkelia problemą kažkur nauja.
| Statybinis blokas | Ką tai daro | Kodėl tai svarbu CPO |
|---|---|---|
| Perjungti ASIC | Perjungia eismą; talpina didelės{0}}įvesties/išvesties juostas | Didėjant pajėgumams, didėja ir eismo juostų skaičius, ir greitis, o tai apsunkina elektrinį pasiekiamumą |
| Optinis variklis (fotoninis lustas) | Konvertuoja elektrą į optinę ir atgal | Sėdi ant ASIC pagrindo arba šalia jo, suardydamas elektrinį kelią iki milimetrų |
| Išorinis lazerio šaltinis | Tiekia šviesą, kurią moduliuoja variklis | Patikimumo sumetimais išlaikoma karščiausia pakuotės dalis; dažnai laukas-pakeičiamas, kad būtų išspręstas labiausiai gedimo-komponentas |
| Skaidulos-su{1}}lustas sujungimas | Sulygina skaidulų matricas ir jungtis su varikliu | Vidaus-dėžutė |
| Valdymas ir stebėjimas | Diagnostika, gedimų izoliacija, šiluminė telemetrija | Kur kas kritiškesnis nei naudojant prijungiamus elementus, nes variklis yra integruotas, o ne keičiamas |
Prie lazerinės strategijos verta pasilikti, nes čia pardavėjai tyliai sprendžia tinkamumo naudoti problemą. Kadangi lazeris yra labiausiai sugenda{1}}optinės jungties dalis, daugelyje modelių naudojamas prijungiamas išorinis lazeris. Pavyzdžiui, NVIDIA fotoniniai jungikliai maitina aštuonis 1,6 Tbps variklius iš vieno keičiamo lazerio modulio, o tai taip pat sumažina lazerių, reikalingų vienam pralaidumo vienetui, skaičių. Eksploataciniu požiūriu pagrindinis lazerio mirties rodiklis yra nuolat didėjanti lazerio poslinkio srovė, o optinė išvestis išlieka nepakitusi - telemetrija, kurią stebėjimo sistemos turi stebėti, o ne pasikliauti vien tik priėmimo galia.
Kas tiksliai pasikeičia, kai optika priartėja prie ASIC?
„Kas keičiasi CPO“ yra dalis, kurią dauguma apžvalgų palieka neaiškiai. Konkrečiai, tai vienu metu pakeičia penkis dalykus, o komanda, vertinanti CPO, turėtų svarstyti kiekvieną atskirai, o ne kaip vieną sandorį.
Jungiklio dizainas.Optika nustoja būti keičiamu moduliu, kurį turi operatorius, ir pradeda būti OEM dizaino plokštės dalimi. DSP retmeris, nustatantis signalus ilgą PCB pėdsaką, dažnai gali būti visiškai pašalintas, todėl sutaupoma daug energijos.
Šilumos valdymas.Optinis variklis dabar yra šalia didelės-galios ASIC. Lazeriai, moduliatoriai ir ypač žiediniai rezonatoriai yra temperatūros -jautrūs - žiedas-pagrįsti dizainai, kuriems reikia nuolatinio mažo-šildytuvo valdymo, kad fotoninė IC būtų palaikoma temperatūroje. Šiluminės zonos jungiklio viduje tampa dizaino problema, o ne pasekme.
Pluošto valdymas.Konversija, vykstanti ant pagrindo, reiškia, kad pluoštas turi būti nukreiptas, pritvirtintas ir išlygintasvidujedėžutė. Jungčių patikimumas, lenkimo našumas ir išlygiavimo tolerancija pereina nuo „kabelių susirūpinimo“ prie „sistemos išeigos problemų“.
Priežiūra.Technikas gali patraukti ir pakeisti priekinį{0}}siųstuvą-imtuvą per kelias sekundes. Kartu supakuoto variklio negalima pakeisti tokiu būdu. Keičiasi taupymas, taisymas, gedimų izoliavimas ir tai, ką operatoriai vadina „sprogimo spinduliu“ -, kiek sumažėja, kai sugenda vienas elementas -.
Pirkimas ir gyvavimo ciklas.Įjungiami įrenginiai suteikia operatoriams sverto: keli sąveikūs pardavėjai, lengvos atsarginės dalys, laipsniškas atnaujinimas. Labiau integruota optinė sistema susiaurina šį lauką ir susieja optiką su jungiklio gyvavimo ciklu. Tai tikra kaina, neturinti nieko bendra su optiniu našumu.
Sąžininga santrauka yra ta, kad CPO ne tik sumažina galią. Jis pašalina sudėtingumą - iš elektros kelio ir į pakavimą, terminį dizainą, derlių ir operacijas lauke.
CPO vs prijungiama optika vs LPO: kurią turėtumėte pasirinkti?
CPO paprastai lyginamas su dviem alternatyvomis: įprastine prijungiama optika ir linijine prijungiama optika (LPO). Jie yra susiję, bet sprendžia skirtingas problemas, o daugeliui komandų realus beveik{1}}terminis pasirinkimas yra tarp prijungimo ir LPO, o CPO stebima naujos kartos platformai.
| Architektūra | Kur sėdi optika | Pagrindinis privalumas | Pagrindinis apribojimas | Geriausiai tinka |
|---|---|---|---|---|
| Prijungiama optika | Priekinio{0}}panelio modulio dėklas | Suaugęs, kelių{0}}tiekėjų, keičiamas karštuoju-pagal standartus- | Didesnė galia vienam bitui (~15–20 pJ/bit, esant 800G) ir elektrinio pasiekiamumo ribos dideliu greičiu | Platus duomenų centrų, įmonių ir telekomunikacijų diegimas |
| LPO | Priekyje{0}}prijungiamas skydelis, supaprastintas signalo kelias | Pašalina borto DSP; paprastai 30–50 % mažesnės galios nei DSP{2}}pagrįstos prijungiamos, todėl palaikomas prijungiamas veikimo modelis | Reikia griežtesnės sistemos{0}}lygio signalo-vientisumo kontrolės; trumpesnis pasiekiamumas | Trumpo{0}}pasiekimo, galingos-AI nuorodos |
| CPO | Optinis variklis ant jungiklio ASIC substrato | Didžiausias pralaidumo tankis ir mažiausia galia vienam bitui (~5 pJ/bit taikinys); pašalina priekinės-plokštės tankio lubas | Sunkesnis aptarnavimas, pakuotė, terminis dizainas ir ekosistemos branda | Didelio{0}}masto AI/HPC perjungimas, ypač{1}}padidinti audiniai |
Praktinė sprendimų sistema:
- Pasirinkite prijungiamą optikąkai svarbiausia yra veikimo lankstumas, kelių{0}}tiekėjų taupymas ir greitas lauko pakeitimas -, o tai vis dar yra dauguma tinklų.
- Apsvarstykite LPOkai reikia mažesnės galios ir delsos trumpais atstumais, bet norite išlaikyti pažįstamą prijungiamą modelį. LPO yra mažesnės-rizikos tiltas, ir jis turi žinomų šalininkų - OFC 2025, Arista įkūrėjas Andy Bechtolsheimas tęsėargumentuokite LPO kaip geresnę artimiausio{0}}alternatyvą.
- Stebėkite CPOkai pralaidumo tankis, galia vienam bitui ir ilgalaikis mastelio keitimas virš 800 G nusveria modulio-lygio aptarnavimą - ir ypač didinant-audinius dirbtinio intelekto grupėse.
Kadravimas, kuris padeda labiausiai: CPO nėra modulio pirkimo sprendimas, tai yra sistemos architektūros perjungimo{0}}sprendimas. Elkitės taip ir dauguma painiavos išsiaiškins.
AI tinklams skirtos{0}}paketuotos optikos pranašumai
Pagrindinis pranašumas yra energijos vartojimo efektyvumas dideliu mastu. „Broadcom“ teigia, kad naudojant CPO platformą sutaupoma maždaug 30 % energijos ir 40 % mažesnės optikos sąnaudos už bitą, o pralaidumo tankis yra maždaug 1 Tb/s viename milimetre. Energijos-bitui -tarpas - apie 15 pJ/bit prijungiamiesiems ir 5 pJ/bit tikslinis CPO - yra tai, kas virsta įrenginio{11}}lygio megavatais didelėje grupėje.
Pralaidumo tankis yra antras privalumas ir jis yra struktūrinis, o ne laipsniškas. Pabėgdamas nuo priekinės plokštės, CPO pašalina priekinės-plokštės lubas, kurios riboja prijungiamą dizainą, kai jungiklio pajėgumas viršija maždaug 102,4 Tbps. Vėlavimas taip pat gali pagerėti, kai supaprastėja signalo kelias, nors delsą visada reikia vertinti visos sistemos lygiu, o ne tik optiniame variklyje.
Taip pat pradeda gauti duomenų apie patikimumą, o tai svarbu technologijai, kuri ilgai įstrigo ties „perspektyvia“. 2025 m. spalio mėn. „Broadcom“ pranešė, kad „Meta“ išbandė savo CPO sprendimą vieną milijoną nuorodos-valandžių be vieno jungties atvarto, atlikdama aukštos-temperatūrinės laboratorijos apibūdinimą, - tokių įrodymų, kurių reikia operatoriams, prieš pasitikėdami ne-aptarnaujama optika gamyboje.
CPO iššūkiai ir diegimo kliūtys
Iššūkiai yra tikri ir dažniausiai ne optiniai. Tai yra pakavimo, šiluminės, eksploatacinės ir ekosistemos problemos.
Šiluminis valdymasyra sunkiausia. Variklis yra šalia karšto ASIC, o žiedo rezonatoriams ypač reikalingas aktyvus šildymas, kad jis liktų -bangos ilgiu -, todėl konstrukcija turi valdyti šilumą, kurią variklis generuoja ir nuo jo priklauso. Temperatūros svyravimai tiesiogiai kelia grėsmę ilgalaikiam-patikimumui.
Pakavimas ir išeigaateik toliau. Norint kartu integruoti elektroninius ir fotoninius štampus, reikalingas pažangus pakavimas, griežtas derinimas ir bandymo metodai, kurie vis dar bręsta. Išeiga ir pagaminamumas, o ne neapdorotos optinės savybės, dažnai vartų apimtis.
Tinkamumas eksploatuoti ir sprogimo spindulyspakeisti veiklos modelį. Įjungiami lazeriniai šaltiniai sušvelnina blogiausią atvejį, tačiau operatoriai vis tiek praranda paprastą „traukite ir pakeiskite“ darbo eigą ir kelių keičiamų pardavėjų patogumą.
Ekosistemos pasirengimassusieja jį kartu. CPO priklauso nuo jungiklio -silicio pardavėjų, optinių{2} variklių tiekėjų, lazerių gamintojų, šviesolaidinio-ryšio tiekėjų, pakavimo partnerių ir debesijos operatorių koordinavimo, suderinto pagal specifikacijas iš tokių įstaigų kaipOptinio interneto darbo forumas (OIF)ir IEEE. Tas derinimas formuojasi, bet nebaigtas.
Rinkos sutarimas tai atspindi. Net analitikai vertina technologijas -„SemiAnalysis“ nesitiki greito pritaikymo kreivės, leidžiančios sumažinti -CPO tarp hiperskalerių artimiausiu metu, net jei tie patys operatoriai įsipareigoja tiekėjams, kad padidintų -mastą. CPO auga pirmiausia ten, kur nauda aiškiai pateisina sudėtingumą: labai didelės dirbtinio intelekto gamyklos, didelio masto audiniai ir HPC klasteriai.
Kada dirbtinio intelekto duomenų centrai turėtų apsvarstyti{0}}paketuotą optiką?
Atkreipkite dėmesį į CPO, jei jūsų planas apima labai didelius -radikso jungiklius, 800 G arba 1,6 T nuorodas, didelius GPU klasterius arba griežtus galios-bitų tikslus - ir ypač jei dabartinį dizainą jau riboja galia, aušinimas, signalo vientisumas arba priekinės plokštės tankis. Kai didėja prijungiamų architektūrų mastelio keitimo kaina ir sunkumai, CPO kompromisai pradeda atrodyti palankūs.
CPO tikriausiai nėra teisingas žingsnis, jei jūsų prioritetai yra veiklos lankstumas, greitas pakeitimas, platus tiekėjų pasirinkimas ir laipsniškas atnaujinimas. Daugumoje įmonių ir bendrosios paskirties-duomenų centrų šiandien geriau tinka subrendusi prijungiama optika, o LPO yra mažesnės-galios parinktis trumpo-galia{4}}jautrioms nuorodoms.
Ar CPO pakeis prijungiamą optiką?
Ne artimiausiu metu. Prijungiami siųstuvai-imtuvai turi brandžią tiekimo grandinę, platų standartų palaikymą, kelių-tiekėjų sąveiką ir patikrintą veikimo modelį. Jie ir toliau aptarnaus daugumą duomenų centrų, įmonių, telekomunikacijų ir debesies programų.Diegimu{0}}paruošti CPO produktai buvo pristatyti tik 2025 m2026 m. numatomas pirmasis padidinto masto{0}}diegimas kitos-kartos perjungimo platformose.
Aiškesnis vaizdas yra daugiasluoksnė ekosistema. Prijungiama optika išlieka įprasta. LPO tarnauja kaip žemesnės-galios tiltas, kuris palaiko prijungiamą modelį. Be to, CPO tampa centrine vieta, kur pralaidumas, galia ir tankis pranoksta tai, ką priekinės -skydelės optika gali padaryti - ryžtingiausiai didinant- AI audinius, kur pastarąjį dešimtmetį ji yra pagrindinė pralaidumo augimo varomoji jėga. Ateitis – ne viena architektūra. kiekvienas iš jų yra suderintas su skirtingu našumu, kaina ir eksploatavimo reikalavimais.
DUK
K: Ką reiškia CPO?
A: CPO reiškia Co{0}}Packaged Optics – architektūrą, pagal kurią optiniai varikliai yra šalia jungiklio ASIC arba procesoriaus paketo, o ne priekiniame skydelyje.
K: Ar CPO yra tas pats, kas silicio fotonika?
A: Ne. Silicio fotonika yra fotoninių integrinių grandynų kūrimo platforma. CPO yra sistemos architektūra, kuri gali naudoti silicio fotoniką kaip įgalinimo technologiją.
K: Kuo skiriasi CPO ir LPO?
A: LPO išlaiko prijungiamo modulio formatą, bet pašalina integruotą DSP, kad sumažintų maitinimą ir delsą. Paprastai sutaupoma 30–50 %, palyginti su DSP{2}}prijungiamais. CPO perkelia optinį variklį į ASIC substratą ir iš esmės pakeičia sistemos architektūrą.
K: Ar CPO iš tikrųjų sumažina energijos suvartojimą?
A: Tai sumažina energiją vienam bitui iš esmės - nuo maždaug 15 pJ/bit įjungiamiems įrenginiams iki 5 pJ/bit tikslo -, pašalindama ilgus elektros pėdsakus ir DSP retmeris. Atkreipkite dėmesį į niuansą: CPO yra efektyvus vienam bitui, bet iš prigimties tai nėra mažos-galios komponentas, nes lazeriai ir žiedo rezonatoriai vis tiek naudoja energiją, įskaitant šiluminį valdymą.
K: Kokį vaidmenį CPO atlieka silicio fotonika?
A: Silicio fotonika suteikia integruotus optinius variklius, kurie yra daugelio CPO dizaino pagrindas. Elektroninio štampo sukrovimas ant fotoninio štampo -, kaip TSMC COUPE procese -, leidžia optiniam varikliui sėdėti ant jungiklio pagrindo.
Kl .: Kokios yra pagrindinės CPO priėmimo kliūtys?
A: Šilumos valdymas šalia karšto ASIC, pakuotės ir derliaus sudėtingumas, mažesnis tinkamumas naudoti lauke ir didesnis sprogimo spindulys bei ekosistemos ir standartų branda. Nė vienas iš jų visų pirma nėra susijęs su optiniu našumu.
Klausimas: Ar CPO dar parduodamas?
Ats.: Diegimui{0}}paruošti produktai buvo pristatyti 2025 m. su patikimumo etapais, pvz., „Broadcom“ vieno-milijono-nuorodų{4}}valandos bandymas su „Meta“. Tikimasi, kad pirmasis didelio masto{6}}diegimas bus atliktas 2026 m., tačiau platus pritaikymas bus laipsniškas ir netolygus.
Kl.: Ar dabar įmonių duomenų centrams turėtų rūpėti CPO?
A: Daugeliui įmonių, o ne tiesioginiam pirkimui. Verta suprasti kaip plano įvestį, tačiau prijungiama optika - ir LPO, skirta galiai-jautriam trumpam pasiekiamumui -, išlieka geriau tinkama tol, kol pralaidumas, galia arba tankis tikrai privers pakeisti.
Išvada
„Co-Packaged Optics“ yra vienas iš pasekmiausių architektūrinių poslinkių didelės spartos duomenų centrų tinkle. Perkeldamas optinį konvertavimą į jungiklio pagrindą, jis sumažina energiją vienam bitui iki 5 pJ/bit, padidina pralaidumo tankį už priekinės -skydelės lubų ir suteikia AI ir HPC tinklų mastelį daugiau nei 800 G ir 1,6 T. Įrodymai persikėlė iš skaidrių programinės įrangos prie produktų ir tikrų patikimumo duomenų.
Tačiau CPO nėra{0}}prijungiamos optikos pakaitalas. Jame aptariamos pakavimo, šiluminio, pluošto-valdymo ir eksploatacinės -elektros pasiekiamumo problemos - ir susiaurina pirkimo sverto operatorių įpratimą. Daugeliui komandų tinkama laikysena yra daugiasluoksnė: laikykite brandžią prijungiamą optiką ten, kur ji tinka, naudokite LPO, kad sumažintumėte-galios trumpą pasiekiamumą, ir stebėkite CPO naujos-kartos didelio-tankio AI ir HPC audiniams, ypač padidinus-. Pagrindinis mąstymo pokytis yra paprastas: CPO nėra modulio pirkimo sprendimas, tai yra perjungimo -sistemos architektūros sprendimas - ir tuo remiantis jis jau priklauso bet kokiam rimtam AI tinklo plano pokalbiui.
