Kaas{0}}pakendatud optika (CPO)on ühendusarhitektuur, mis asetab optilise mootori otse lüliti ASIC-i või protsessori kõrvale, selle asemel, et suunata kiireid{0}}elektrilisi signaale üle plaadi esipaneeliga ühendatavatesse{1}}moodulitesse. Tehisintellekti andmekeskuste jaoks on CPO oluline, kuna see ründab kolme piirangut, mida tavaline optika suurel kiirusel esimesena tabab: võimsus biti kohta, ribalaiuse tihedus ja elektrisignaali terviklikkus. See ei ole uus mooduli vormitegur. See on süsteemi{5}}taseme muutus selles, kuidas elektrilised ja optilised funktsioonid on lülitisse integreeritud.
Nihe pole enam teoreetiline. GTC 2025 raames demonstreeris NVIDIA oma Quantum-X ja Spectrum-X fotoonlüliteid, millesse on integreeritud räni-fotoonikamootorid, ningOFC 2025 lai valik müüjaid näitas ASIC-pakettidesse manustatud optilisi mootoreid. Enamiku meeskondade jaoks pole küsimus enam selles, kas CPO on tõeline, vaid kus ja millal see sobib.
Mis on Co{0}}pakendatud optika?
Co-Packaged Optics liigutab optilise mootori -, mida mõnikord nimetatakse ka fotoonkiibiks -, esipaneelilt lüliti substraadile, ASIC-i lähedale. Eesmärk on lühendada elektrilist teed kiibi ja signaalide valguseks muundumispunkti vahel.
Traditsioonilise ühendatava arhitektuuri korral juhib lüliti ASIC kiireid{0}}elektrilisi signaale sentimeetrite PCB jälgede kaudu esipaneelile paigaldatud transiiveritesse. See mudel on küps, paindlik ja hõlpsasti hooldatav. Kuid kuna sõiduradade kiirus tõuseb 200 G-ni ja üle selle, tarbivad need elektriteed järjest suurema osa süsteemi koguvõimsusest ja neid on raskem puhtalt kujundada.
CPO muudab geomeetriat. Signaal liigub elektriliselt vaid paar millimeetrit, enne kui see muundub optiliseks, mitte 15–30 cm mööda tahvlit. Praktiline efekt ühe lausega: optiline sisend/väljund liigub kiibile piisavalt lähedale, et lüliti suudab palju väiksema elektrikoormusega palju rohkem ribalaiust suruda.
Kas CPO on sama mis ränifotoonika?
Ei, ja vahe on oluline. Ränifotoonika on tootmisplatvorm, mida kasutatakse fotooniliste integraallülituste ehitamiseks. CPO on süsteemi arhitektuur, miskasutabränifotoonika kui üks võimaldav tehnoloogia. Näiteks NVIDIA fotoonmootorid on üles ehitatud TSMC COUPE protsessile, mis asetab elektroonikavormi fotoonvormi peale - ränifotoonika on ehitusplokk, CPO on see, kuidas see lülitiks kokku pannakse.
Miks AI andmekeskused lükkavad optikat kiibile lähemale?
AI-klastrid tekitavad intensiivset ida{0}}läänesuunalist liiklust GPU-de, kiirendite, salvestusruumi ja lülitite vahel. Koolitus- ja järeldustöökoormus liigutab tohutuid andmemahtusid rangete latentsus- ja järjepidevusnõuetega ning võrgu tegevuskava ületab selle, mida esipaneeli{2}}optika suudab mugavalt pakkuda.
Kolm survet juhivad vahetust ja need ühendavad üksteist.
Ribalaius skaleerub kiiremini kui elektriline ulatus.Võrgud liiguvad 400G-lt 800G-le ja1.6T optilised moodulid jõuavad eeldatavasti varakult kommertskasutusele umbes aastatel 2025–2026. Kuna lüliti ASIC-i ribalaius ligikaudu kahekordistub iga 18–24 kuu järel, samal ajal kui vase kasutatav elektriline ulatus kahaneb kõrgemate SerDes-i kiiruste korral, jookseb esipaneeliga ühendatav{3}}mudel vastu seina kuskil 102,4 Tbps lüliti põlvkonna paiku.
Võimsus biti kohta on nüüd funktsioonide{0}}taseme number.See on mõõdik, mis tegelikult hankeotsuseid liigutab. Traditsiooniline 800G ühendatav moodul töötab ligikaudu 15–20 pidžauli biti kohta; CPO juurutused sihivad umbes 5 pJ/bit, usutav tee sellest allapoole. Sõltumatud meeleavaldused kinnitavad seda -Inteli optiline I/O kiip tarbib umbes 5 pJ/bit, samas kui ühendatavate moodulite puhul kulub umbes 15 pJ/bit. Suure koolitusklastri sadade tuhandete pordide lõikes annab 10–15 vatti säästmine pordi kohta hoone tasemel kokku megavatti. Ühe tipptasemel-riiuliga, mis peaks tarbima sadu kilovatte, on iga võrku kulutamata vatt arvutamiseks saadaval.
Esipaneeli{0}}tihedus on kõva lagi.Rohkem ribalaiust tähendab rohkem porte, rohkem kaablit, rohkem soojust ja raskemat õhuvoolu. Esiplaate on ainult nii palju ja selle eest võistlevad ühendatavad puurid. Konversiooni teisaldamine aluspinnale eemaldab selle geomeetrilise piiri.
Seetõttu on CPO kõige asjakohasem suurte tehisintellekti, HPC, pilve- ja hüperskaalakeskkondade puhul - kohtades, kuhu need kolm survet esimesena jõuavad. See ei ole mõeldud iga andmekeskuse iga mooduli asendamiseks.
CPO arhitektuur lühidalt
See aitab näha CPO-d pigem ehitusplokkide kui üksiku asjana. Igaüks neist nihutab probleemi kuhugi uude.
| Ehitusplokk | Mida see teeb | Miks see on CPO-s oluline? |
|---|---|---|
| Vaheta ASIC | Lülitab liiklust; majutab kiireid{0}}I/O radasid | Läbilaskevõime suurenedes tõusevad nii radade arv kui ka kiirus, mis koormab elektrilist ulatust |
| Optiline mootor (fotooniline kiip) | Muudab elektrienergia optiliseks ja tagasi | Istub ASIC-substraadil või selle kõrval, tõmmates elektritee millimeetritesse kokku |
| Väline laserallikas | Toidab valgust, mida mootor moduleerib | Töökindluse huvides hoiti pakendi kuumimast osast eemal; sageli asendatav välja-enim rikkeohtlikuma-komponendi lahendamiseks |
| Kiud---ühendus | Joondab kiudude massiivid ja pistikud mootoriga | Kasti sees{0}}kiudude marsruutimine ja joondamise tolerants on esmajärgulised-disainiprobleemid |
| Juhtimine ja monitooring | Diagnostika, rikete isoleerimine, termotelemeetria | Palju kriitilisem kui ühendatavate seadmete puhul, kuna mootor on pigem integreeritud kui vahetatav |
Laserstrateegial tasub peatuda, sest see on koht, kus müüjad lahendavad vaikselt hooldusprobleemi. Kuna laser on optilise lingi kõige tõrkeoht{1}}osa, kasutatakse paljudes konstruktsioonides ühendatavat välist laserit. Näiteks NVIDIA fotoonlülitid toidavad kaheksat 1,6 Tbps mootorit ühest vahetatavast lasermoodulist, mis vähendab ka ribalaiuse ühiku kohta vajalike laserite arvu. Operatiivses mõttes on laseri surma peamine näitaja laseri nihkevoolu pidev tõus, samal ajal kui optiline väljund jääb ühtlaseks - telemeetria, mida jälgimissüsteemid peavad jälgima, selle asemel, et toetuda ainult vastuvõtuvõimsusele.
Mis täpselt muutub, kui optika liigub ASIC-ile lähemale?
"Mis CPO muutub" on osa, mille enamik ülevaateid jätab ebamääraseks. Konkreetselt muudab see viit asja korraga ja CPO-d hindav meeskond peaks arutama iga asja eraldi, mitte ühe tehinguna.
Lüliti disain.Optika lakkab olemast vahetatav moodul operaatorite varude ja hakkab kuuluma pardal OEM kujundused. DSP-retimeri, mis määrab signaale pika PCB jälje jaoks, saab sageli täielikult kõrvaldada, mis on see, kust suur osa energiasäästlikkust tuleb.
Soojusjuhtimine.Optiline mootor asub nüüd suure{0}}võimsusega ASIC-i kõrval. Laserid, modulaatorid ja eriti ringresonaatorid on temperatuuri-tundlikud - rõnga-põhised konstruktsioonid vajavad pidevat väikese-küttekeha juhtimist, et hoida fotooniline IC temperatuuril. Lüliti sees olevad termilised tsoonid muutuvad disainiprobleemiks, mitte tagantjärele.
Kiudude haldamine.Aluspinnal toimuv muundamine tähendab, et kiud tuleb suunata, kinnitada ja joondadaseeskasti. Pistiku töökindlus, paindejõudlus ja joondustolerants muutuvad "kaabeldusprobleemilt" "süsteemi tootlikkuse probleemile".
Hooldus.Tehnik saab esipaneeli{0}}transiiveri tõmmata ja vahetada sekunditega. Kaas-pakendatud mootorit ei saa sel viisil vahetada. Säästmine, remont, tõrkeisolatsioon ja operaatorid kutsuvad "lõhkeraadius" - kui palju väheneb ühe elemendi rikke korral - kõik muutuvad.
Hanked ja elutsükkel.Ühendatavad seadmed annavad operaatoritele võimenduse: mitu koostalitlusvõimelist müüjat, lihtsad varuosad, järkjärgulised versiooniuuendused. Integreeritum optiline süsteem kitsendab seda välja ja seob optika lüliti elutsükliga. See on tõeline kulu, millel pole optilise jõudlusega mingit pistmist.
Aus kokkuvõte on see, et CPO ei vähenda lihtsalt võimsust. See viib keerukuse - elektrisüsteemist välja pakkimise, termilise disaini, saagikuse ja põllutööde juurde.
CPO vs ühendatav optika vs LPO: kumba peaksite valima?
CPO-d võrreldakse tavaliselt kahe alternatiiviga: tavaline ühendatav optika ja lineaarne ühendatav optika (LPO). Need on omavahel seotud, kuid lahendavad erinevaid probleeme ja paljude tiimide jaoks on realistlik peaaegu -tähtajaline valik ühendatava ja LPO vahel, kusjuures CPO-d jälgitakse järgmise põlvkonna jaoks.
| Arhitektuur | Kus optika istub | Peamine eelis | Peamine piirang | Parim sobivus |
|---|---|---|---|---|
| Ühendatav optika | Esipaneeli{0}}mooduli puur | Täiskasvanud, mitme{0}}müüja, kuum-vahetatav, standarditel{2}}põhine | Suurem võimsus biti kohta (~15–20 pJ/bit 800G juures) ja elektriline{3}}ulatuspiir suurel kiirusel | Lai andmekeskuste, ettevõtete ja telekommunikatsiooni juurutamine |
| LPO | Esipaneeliga-ühendatav kuju, lihtsustatud signaalitee | Eemaldab pardal oleva DSP; tavaliselt 30–50% madalam võimsus kui DSP-põhised pistikühendused, säilitab ühendatava töömudeli | Nõuab rangemat süsteemi-taseme signaali-terviklikkuse kontrolli; lühem ulatus | Lühike{0}}ulatus, võimsad-AI lingid |
| CPO | Optiline mootor lüliti ASIC substraadil | Suurim ribalaiuse tihedus ja väikseim võimsus biti kohta (~5 pJ/biti sihtmärk); eemaldab esipaneeli-tiheduse lae | Raskem hooldatavus, pakend, termiline disain ja ökosüsteemi küpsus | Suur{0}}AI/HPC ümberlülitus, eriti{1}}suuremad kangad |
Praktiline otsustusraamistik:
- Valige ühendatav optikakui operatiivpaindlikkus, mitme{0}}müüja säästmine ja kiire väljavahetamine on kõige olulisemad, - mis on siiski enamik võrke.
- Mõelge LPO-lekui vajate väiksemat võimsust ja latentsust lühikese ulatusega, kuid soovite säilitada tuttavat ühendatavat mudelit. LPO on madalama-riskiga sild ja sellel on OFC 2025 silmapaistvad pooldajad -. Arista kaasasutaja-andy Bechtolsheim jätkasargumenteerige LPO kui parema lähiaja{0}}alternatiiviga.
- Jälgige CPO-dkui ribalaiuse tihedus, võimsus biti kohta ja pikaajaline skaleerimine üle 800 G kaaluvad üles mooduli-tasemel hooldatavuse - ja eriti tehisintellektiklastrite -suurendamise puhul.
Raamimine, mis aitab kõige rohkem: CPO ei ole mooduli ostuotsus, vaid süsteemiarhitektuuri vahetamise{0}}otsus. Kohtle seda nii ja suurem osa segadusest laheneb.
Kaas{0}}pakendatud optika eelised AI võrkude jaoks
Peamine eelis on mastaabis energiatõhusus. Broadcom väidab, et oma CPO-platvormilt on umbes 30% energiasääst ja 40% madalam optika hind biti kohta, lisaks ribalaiuse tihedus suurusjärgus 1 Tbps millimeetri kohta. Energia-biti -vahe - umbes 15 pJ/bit ühendatavate seadmete ja 5 pJ/biti CPO - jaoks on see, mis muutub rajatise{11}}taseme megavattideks suures klastris.
Ribalaiuse tihedus on teine eelis ja see on pigem struktuurne kui järkjärguline. Väljudes esipaneelilt eemaldab CPO esipaneeli{1}}lae, mis piirab ühendatavaid konstruktsioone, kui lüliti võimsus ületab ligikaudu 102,4 Tbps. Latentsusaeg võib paraneda ka siis, kui signaali teekond muutub lihtsamaks, kuigi latentsust tuleks alati hinnata kogu süsteemi tasemel, mitte ainult optilise mootori puhul.
Samuti hakkavad saabuma andmed usaldusväärsuse kohta, mis on kaualubavate tehnoloogiate jaoks oluline. 2025. aasta oktoobris teatas Broadcom, et Meta testis oma CPO-lahendust miljoni lingi-tunni jooksul ilma ühegi lingiklapita kõrgel temperatuuril-labori iseloomustuses -, mida operaatorid vajavad enne, kui nad usaldavad tootmises mitte-teenindatavat optikat.
CPO väljakutsed ja kasutuselevõtu tõkked
Väljakutsed on tõelised ja enamasti ei ole need optilised. Need on pakendamis-, soojus-, töö- ja ökosüsteemi probleemid.
Soojusjuhtimineon kõige raskem. Mootor asub kuuma ASIC-i kõrval ja eriti rõngasresonaatorid vajavad aktiivset kuumutamist, et püsida -lainepikkusel -, nii et konstruktsioon peab haldama soojust, mida mootor tekitab ja millest sõltub. Temperatuuri kõikumine ohustab otseselt pikaajalist-usaldusväärsust.
Pakendamine ja saagikustule järgmisena. Elektrooniliste ja fotooniliste stantside kaas-integreerimine nõuab täiustatud pakkimist, tihedat joondamist ja katsemeetodeid, mis on veel valmimas. Saagis ja valmistatavus, mitte töötlemata optiline jõudlus, sageli väravamaht.
Hoolduskõlblikkus ja plahvatuse raadiusmuuta töömudelit. Ühendatavad laserallikad leevendavad halvimat juhtumit, kuid operaatorid kaotavad endiselt lihtsa "tõmba ja asenda" töövoo ja mitme vahetatava müüja mugavuse.
Ökosüsteemi valmisolekseob selle kokku. CPO sõltub lüliti-räni tarnijate, optiliste{2} mootorite tarnijate, laseritootjate, kiud-ühenduvuse pakkujate, pakendamispartnerite ja pilveoperaatorite vahelisest koordineerimisest, mis on vastavuses selliste organite spetsifikatsioonidega naguOptilise Interneti-töö foorum (OIF)ja IEEE. See koordineerimine on kujunemas, kuid pole lõppenud.
Turu konsensus peegeldab seda. Isegi analüütikud hindavad tehnoloogiat -SemiAnalysis ei eelda lähiajal kiiret kasutuselevõtukõverat, et CPO-d hüperskaleerijate hulgas{0}}vähendaks, isegi kui samad operaatorid kohustuvad tarnijatele suurendama-. CPO kasvab kõigepealt seal, kus eelised selgelt õigustavad keerukust: väga suured AI tehased, hüperskaala kangad ja HPC klastrid.
Millal peaksid tehisintellekti andmekeskused kaaluma ka{0}}pakendatud optikat?
Pöörake suurt tähelepanu CPO-le, kui teie tegevuskava sisaldab väga kõrgeid-radix-lüliteid, 800G või 1,6T linke, suuri GPU-klastreid või rangeid võimsuse-biti-sihtmärke - ja eriti kui teie praegune disain on juba piiratud võimsuse, jahutuse, signaali terviklikkuse või esipaneeli tihedusega. Kui ühendatavate arhitektuuride skaleerimise kulud ja raskused aina kasvavad, hakkavad CPO kompromissid soodsad välja nägema.
CPO ei ole tõenäoliselt õige kohene samm, kui teie prioriteedid on toimimise paindlikkus, kiire asendamine, lai tarnijate valik ja järkjärgulised versiooniuuendused. Enamiku ettevõtete ja üldotstarbeliste-andmekeskuste jaoks sobib tänapäeval paremini küps ühendatav optika, kusjuures LPO on väiksema-võimsusega valik lühikese ulatusega-toitetundlike{4}}linkide jaoks.
Kas CPO asendab ühendatava optika?
Lähiajal mitte. Ühendatavatel transiiveritel on küps tarneahel, laiaulatuslik standarditugi, mitme-müüja koostalitlusvõime ja tõestatud töömudel ning need teenindavad ka edaspidi enamikku andmekeskuste, ettevõtete, telekommunikatsiooni ja pilverakendusi.Kasutuselevõtu{0}}valmis CPO tooted saabusid alles 2025. aastal, mille esimesed hüperskaalal -väljendavad juurutused oodatakse 2026. aastal järgmise-põlvkonna lülitusplatvormidel.
Selgem pilt on kihiline ökosüsteem. Ühendatav optika jääb peavooluks. LPO toimib madalama-võimsussillana, mis hoiab ühendatavat mudelit. Ja CPO muutub keskseks, kus ribalaius, võimsus ja tihedus ületavad selle, mida esipaneeli{4}}optika suudab - kõige otsustavamalt teha tehisintellekti mastaabis-, kus see on selle kümnendi lõpupoole ribalaiuse kasvu peamiseks tõukejõuks. Tulevik ei ole ühe arhitektuuri võitja; igaüks neist on sobitatud erineva jõudluse, kulude ja tegevusnõuetega.
KKK
K: Mida tähendab CPO?
V: CPO tähistab Co{0}}Packaged Optics’i – arhitektuuri, mis asetab optilised mootorid lüliti ASIC-i või protsessoripaketi lähedusse, mitte esipaneelile.
K: Kas CPO on sama mis ränifotoonika?
V: Ei. Silicon photoonics on tootmisplatvorm fotooniliste integraallülituste ehitamiseks. CPO on süsteemiarhitektuur, mis võimaldab kasutada ränifotoonikat võimaldava tehnoloogiana.
K: Mis vahe on CPO ja LPO vahel?
V: LPO säilitab ühendatava mooduli vormingu, kuid eemaldab pardal oleva DSP, et vähendada toidet ja latentsust, säästes tavaliselt 30–50% võrreldes DSP-põhiste ühendatavatega. CPO liigutab optilise mootori ASIC-substraadile ja muudab süsteemi arhitektuuri põhjalikumalt.
K: Kas CPO vähendab tegelikult energiatarbimist?
V: See vähendab energiat biti kohta oluliselt - umbkaudu 15 pJ/bitilt pistikseadmete puhul 5 pJ/biti sihtmärgini -, kõrvaldades pikad elektrijäljed ja DSP-retiimerid. Pange tähele nüanssi: CPO on tõhus biti kohta, kuid see ei ole oma olemuselt madala võimsusega komponent, kuna laserid ja rõngasresonaatorid võtavad endiselt energiat, sealhulgas soojusjuhtimiseks.
K: Millist rolli mängib räni fotoonika CPO-s?
V: Ränifotoonika pakub integreeritud optilisi mootoreid, mis on enamiku CPO disainide keskmes. Elektroonilise matriitsi virnastamine fotoonvormile -, nagu TSMC COUPE protsessis -, võimaldab optilisel mootoril istuda lüliti substraadil.
K: Millised on peamised takistused CPO kasutuselevõtul?
V: Soojusjuhtimine kuuma ASIC-i kõrval, pakendamise ja saagise keerukus, vähenenud põllutöökindlus ja suurem plahvatusraadius ning ökosüsteemi ja standardite küpsus. Ükski neist ei puuduta peamiselt optilist jõudlust.
K: Kas CPO on juba kaubanduslikult saadaval?
V: 2025. aastal saabusid kasutuselevõtu{0}}valmis tooted koos töökindluse verstapostidega, nagu Broadcomi ühe-miljoni-tunnine lingi-test Metaga. Esimesi hüperskaala{6}}kasutusi oodatakse 2026. aastal, kuid laialdane kasutuselevõtt toimub järk-järgult ja ebaühtlaselt.
K: Kas ettevõtete andmekeskused peaksid nüüd CPO-st hoolima?
V: Enamiku ettevõtete jaoks, mitte kohese ostuna. Seda tasub mõista kui teekaardi sisendit, kuid ühendatav optika - ja LPO võimsuse-tundliku lühikese ulatuse jaoks - sobivad paremini seni, kuni ribalaius, võimsus või tihedus muudatuse tõesti sunnivad.
Järeldus
Co-Packaged Optics on üks kõige mõjuvamaid arhitektuurilisi nihkeid-kiire andmekeskuste võrgus. Liigutades optilise muundamise lüliti substraadile, vähendab see energiat biti kohta 5 pJ/biti suunas, tõstab ribalaiuse tiheduse esipaneeli{4}}laest kaugemale ning annab tehisintellekti ja HPC võrkudele võimaluse ulatuda üle 800 G ja 1,6 T. Tõendid on liikunud slideware'ilt toodete tarnimise ja tõeliste usaldusväärsuse andmeteni.
Kuid CPO ei asenda{0}}ühendatavat optikat. See lahendab elektriliste{2}}haardejõuga seotud probleeme pakendamise, soojus-, kiud-halduse ja tööga seotud probleemidega - ning kitsendab hankevõimendust, millega operaatorid on harjunud. Enamiku meeskondade jaoks on õige kehahoiak kihiline: hoidke küpset ühendatavat optikat kohas, kus see sobib, kasutage LPO-d väiksema-võimsusega lühikeste ulatuste jaoks ja jälgige järgmise -põlvkonna suure-tihedusega AI- ja HPC-kangaste CPO-d, eriti-suurendamist. Peamine vaimne nihe on lihtne: CPO ei ole mooduli ostuotsus, see on ümberlülitus-süsteemiarhitektuuriotsus - ja selle põhjal kuulub see juba igasse tõsiseltvõetavasse tehisintellektivõrgu tegevuskava vestlusesse.
