Ewolucja i postęp technologii pakowania optoelektronicznego CPO Część druga

Ewolucja i postęp CPOoptoelektronicznytechnologia współpakowania

Współpakowanie optoelektroniczne nie jest nową technologią, jej rozwój można prześledzić już w latach 60. XX wieku, ale obecnie współpakowanie fotoelektryczne to po prostu proste pakowanieurządzenia optoelektronicznerazem. W latach 90. XX wieku, wraz ze wzrostemmoduł komunikacji optycznejW branży zaczęło pojawiać się współpakowanie fotoelektryczne. Wraz z gwałtownym wzrostem zapotrzebowania na wysoką moc obliczeniową i przepustowość w tym roku, współpakowanie fotoelektryczne i powiązana z nim technologia ponownie zyskały na popularności.
W rozwoju technologii każdy etap przybiera różne formy, od 2,5D CPO odpowiadającego zapotrzebowaniu 20/50 Tb/s, poprzez 2,5D Chiplet CPO odpowiadającemu zapotrzebowaniu 50/100 Tb/s, aż po realizację 3D CPO odpowiadającego szybkości 100 Tb/s.

Pakiety CPO 2.5Dmoduł optycznyi układ przełączający sieć na tym samym podłożu, aby skrócić odległość między liniami i zwiększyć gęstość wejść/wyjść. 3D CPO bezpośrednio łączy układ optyczny z warstwą pośredniczącą, aby uzyskać odstęp między wejściami/wyjściami poniżej 50 μm. Cel jego ewolucji jest jasny: maksymalne zmniejszenie odległości między modułem konwersji fotoelektrycznej a układem przełączającym sieć.
Obecnie technologia CPO jest wciąż w powijakach i wciąż występują problemy, takie jak niska wydajność i wysokie koszty utrzymania, a niewielu producentów na rynku jest w stanie w pełni oferować produkty związane z technologią CPO. Tylko Broadcom, Marvell, Intel i garstka innych graczy oferuje w pełni autorskie rozwiązania na rynku.
Firma Marvell wprowadziła w zeszłym roku przełącznik w technologii 2.5D CPO, wykorzystując proces VIA-LAST. Po przetworzeniu krzemowego układu optycznego, sygnał TSV jest przetwarzany za pomocą możliwości przetwarzania OSAT, a następnie do krzemowego układu optycznego dodawany jest układ elektryczny typu flip-chip. 16 modułów optycznych i układ przełączający Marvell Teralynx7 są połączone na płytce PCB, tworząc przełącznik o szybkości przełączania 12,8 Tb/s.

Podczas tegorocznych targów OFC firmy Broadcom i Marvell zaprezentowały również najnowszą generację układów przełączających o przepustowości 51,2 Tbps, wykorzystujących technologię wspólnego pakowania optoelektronicznego.
Od najnowszej generacji CPO firmy Broadcom, przez pakiet CPO 3D, po udoskonalenie procesu w celu uzyskania wyższej gęstości wejścia/wyjścia, pobór mocy CPO do 5,5 W/800 Gb/s, po bardzo dobry współczynnik efektywności energetycznej i bardzo dobrą wydajność. Jednocześnie Broadcom osiąga również pojedynczą falę CPO o przepustowości 200 Gb/s i 102,4 T.
Cisco zwiększyło również inwestycje w technologię CPO i zaprezentowało produkt CPO podczas tegorocznej konferencji OFC, prezentując akumulację i zastosowanie technologii CPO w bardziej zintegrowanym multiplekserze/demultiplekserze. Cisco zapowiedziało, że przeprowadzi pilotażowe wdrożenie CPO w przełącznikach 51,2 TB, a następnie wdrożenie na dużą skalę w cyklach przełączania 102,4 TB.
Firma Intel już od dawna wprowadza na rynek przełączniki bazujące na technologii CPO, a w ostatnich latach kontynuowała współpracę z Ayar Labs w celu zbadania rozwiązań w zakresie łączenia sygnałów o większej przepustowości w pakietach, torując drogę do masowej produkcji urządzeń optoelektronicznych w pakietach i urządzeń do łączenia sygnałów optycznych.
Chociaż moduły wtykowe nadal stanowią pierwszy wybór, ogólna poprawa efektywności energetycznej, jaką może przynieść CPO, przyciąga coraz więcej producentów. Według LightCounting, dostawy CPO zaczną znacząco rosnąć od portów 800G i 1,6T, stopniowo staną się dostępne komercyjnie w latach 2024-2025, a w latach 2026-2027 osiągną dużą skalę. Jednocześnie CIR przewiduje, że całkowite przychody rynkowe z opakowań fotoelektrycznych osiągną 5,4 mld dolarów w 2027 roku.

Na początku tego roku TSMC ogłosiło, że nawiąże współpracę z Broadcom, Nvidia i innymi dużymi klientami w celu wspólnego opracowania technologii fotoniki krzemowej, wspólnego pakowania elementów optycznych CPO i innych nowych produktów, technologii przetwarzania od 45 nm do 7 nm. Podało również, że najszybciej w drugiej połowie przyszłego roku zaczniemy realizować duże zamówienia, a około 2025 r. osiągniemy etap produkcji masowej.
Jako interdyscyplinarna dziedzina technologii obejmująca urządzenia fotoniczne, układy scalone, obudowy, modelowanie i symulację, technologia CPO odzwierciedla zmiany wprowadzone przez fuzję optoelektroniczną, a zmiany w transmisji danych są niewątpliwie przełomowe. Chociaż zastosowanie CPO może być widoczne jedynie w dużych centrach danych przez długi czas, wraz z dalszym wzrostem mocy obliczeniowej i zapotrzebowania na wysoką przepustowość, technologia fotoelektrycznego uszczelnienia CPO stała się nowym polem bitwy.
Widać, że producenci pracujący w CPO generalnie wierzą, że rok 2025 będzie rokiem kluczowym, który będzie również węzłem o przepustowości 102,4 Tb/s, a wady modułów typu plug-in jeszcze się pogłębią. Chociaż zastosowania CPO mogą pojawiać się powoli, optoelektroniczne współpakowanie jest niewątpliwie jedynym sposobem na osiągnięcie wysokiej prędkości, przepustowości i niskiego poboru mocy w sieciach.