Co{0}}pakotā optika (CPO)ir starpsavienojumu arhitektūra, kas novieto optisko dzinēju tieši blakus slēdža ASIC vai procesoram, tā vietā, lai novirzītu ātrdarbīgus elektriskos signālus{0}}uz priekšējo{1}}paneļa pievienojamiem moduļiem. AI datu centriem CPO ir svarīga, jo tā uzbrūk trim ierobežojumiem, kurus parastā optika skar vispirms lielā ātrumā: jauda uz bitu, joslas platuma blīvums un elektriskā signāla integritāte. Šis nav jauns moduļa formas faktors. Tās ir sistēmas-līmeņa izmaiņas, kā elektriskās un optiskās funkcijas ir integrētas slēdžā.
Pārbīde vairs nav teorētiska. GTC 2025 NVIDIA demonstrēja savus Quantum-X un Spectrum-X fotoniskos slēdžus ar komplektā integrētiem silīcija-fotonikas dzinējiem, un plkst.OFC 2025 plašs pārdevēju klāsts parādīja ASIC pakotnēs iegultus optiskos dzinējus. Vairumam komandu jautājums vairs nav par to, vai CPO ir īsts, bet gan par to, kur un kad tas der.
Kas ir Co{0}}pakotā optika?
Co-Packaged Optics pārvieto optisko dzinēju -, ko dažreiz sauc par fotonisko mikroshēmu - no priekšējās plāksnes uz slēdža substrātu, kas atrodas tuvu ASIC. Mērķis ir saīsināt elektrisko ceļu starp mikroshēmu un vietu, kur signāli pārvēršas gaismā.
Tradicionālajā pievienojamajā arhitektūrā slēdzis ASIC pārraida ātrdarbīgus elektriskos signālus centimetru platumā no PCB trases uz raiduztvērējiem, kas uzstādīti uz priekšējā paneļa. Šis modelis ir nobriedis, elastīgs un viegli apkalpojams. Taču, ņemot vērā -joslu ātrumu, palielinās līdz 200 G un vairāk, šie elektriskie ceļi patērē arvien lielāku sistēmas kopējās jaudas daļu un kļūst grūtāk tīri izstrādāti.
CPO maina ģeometriju. Signāls elektriski pārvietojas tikai dažus milimetrus, pirms pārvēršas optiskā, nevis 15 līdz 30 cm pāri dēlim. Praktiskais efekts vienā teikumā: optiskā I/O pārvietojas pietiekami tuvu mikroshēmai, lai slēdzis varētu palielināt joslas platumu ar daudz mazāku elektrisko slodzi.
Vai CPO ir tas pats, kas silīcija fotonika?
Nē, un atšķirībai ir nozīme. Silīcija fotonika ir ražošanas platforma, ko izmanto fotonisko integrālo shēmu veidošanai. CPO ir sistēmas arhitektūra, kaslietojumiemsilīcija fotonika kā viena no tehnoloģijām. Piemēram, NVIDIA fotoniskie dzinēji ir veidoti, izmantojot TSMC COUPE procesu, kas uzliek elektronisko matricu virs fotoniskās formas - silīcija fotonika ir celtniecības bloks, CPO ir veids, kā tas tiek samontēts slēdžā.
Kāpēc AI datu centri virza optiku tuvāk mikroshēmai
AI klasteri rada intensīvu austrumu{0}}rietumu trafiku starp GPU, paātrinātājiem, krātuvi un slēdžiem. Apmācības un secinājumu darba slodzes pārvieto milzīgus datu apjomus ar stingrām latentuma un konsekvences prasībām, un tīkla ceļvedis pārspēj to, ko var ērti nodrošināt priekšējā paneļa optika.
Trīs spiedieni virza maiņu, un tie savienojas viens ar otru.
Joslas platums mērogojas ātrāk nekā elektriskā sasniedzamība.Tīkli pāriet no 400G uz 800G, unParedzams, ka 1.6T optiskie moduļi sāks agrīnu komerciālu izvēršanu aptuveni 2025.–2026.. Tā kā slēdža ASIC joslas platums aptuveni dubultojas ik pēc 18 līdz 24 mēnešiem, savukārt vara izmantojamā elektriskā sasniedzamība sarūk pie augstākiem SerDes ātrumiem, priekšējā-paneļa pieslēgtais modelis nonāk sienā ap 102,4 Tb/s slēdžu paaudzi.
Jauda uz bitu tagad ir aprīkojuma{0}}līmeņa numurs.Tas ir rādītājs, kas faktiski pārvieto iepirkuma lēmumus. Tradicionāls 800 G pieslēgts modulis nodrošina aptuveni 15 līdz 20 pidžoulus uz bitu; CPO ieviešanas mērķis ir aptuveni 5 pJ/bit, ar ticamu ceļu zem tā. Neatkarīgas demonstrācijas to atbalsta -Intel optiskā I/O mikroshēma patērē apmēram 5 pJ/bit, salīdzinot ar aptuveni 15 pJ/bit pievienojamiem moduļiem.. Simtiem tūkstošu portu lielā apmācību klasterī, ietaupot 10 līdz 15 vatus uz vienu portu, ēkas līmenī tiek sasniegti megavati. Ar vienu augstākās klases-statni, kas paredzēts simtiem kilovatu, katrs tīklā neiztērētais vats ir aprēķināšanai pieejams vats.
Priekšējā-paneļa blīvums ir ciets griesti.Lielāks joslas platums nozīmē vairāk portu, vairāk kabeļu, vairāk siltuma un grūtāku gaisa plūsmu. Priekšējās plāksnes ir tikai tik daudz, un par to sacenšas pievienojamie būri. Pārvietojot pārveidošanu uz pamatnes, šī ģeometriskā robeža tiek noņemta.
Tāpēc CPO ir visatbilstošākā lielām mākslīgā intelekta, HPC, mākoņu un hipermēroga vidēm - vietām, kur šie trīs spiedieni nonāk vispirms. Tas nav paredzēts, lai aizstātu katru moduli katrā datu centrā.
CPO arhitektūra īsumā
Tas palīdz redzēt CPO kā elementu kopumu, nevis vienu lietu. Katrs no tiem pārceļ problēmu kaut kur jaunu.
| Celtniecības bloks | Ko tas dara | Kāpēc tas ir svarīgi CPO |
|---|---|---|
| Pārslēdziet ASIC | Pārslēdz satiksmi; mitina ātrgaitas{0}}I/O joslas | Palielinoties ietilpībai, palielinās gan joslu skaits, gan joslu ātrums, tādējādi noslogojot elektrisko sasniedzamību |
| Optiskais dzinējs (fotoniskais mikroshēms) | Pārvērš elektrisko par optisko un atpakaļ | Atrodas uz ASIC substrāta vai tam blakus, sabrūkot elektrisko ceļu līdz milimetriem |
| Ārējais lāzera avots | Piegādā dzinēja modulēto gaismu | Uzticamības labad saglabāta no iepakojuma karstākās daļas; bieži lauks-aizstājams, lai novērstu komponentu, kam ir vislielākā kļūme- |
| Šķiedru-uz-šķiedrām savienojums | Saskaņo šķiedru blokus un savienotājus ar dzinēju | Kastes-iekšpuses-šķiedru maršrutēšana un izlīdzināšanas pielaide kļūst par pirmās pakāpes- dizaina problēmām |
| Vadība un uzraudzība | Diagnostika, defektu izolācija, termiskā telemetrija | Daudz kritiskāks nekā ar pievienojamiem, jo dzinējs ir integrēts, nevis maināms |
Pie lāzera stratēģijas ir vērts pakavēties, jo tā ir vieta, kur pārdevēji klusi atrisina apkopes problēmu. Tā kā lāzers ir optiskā savienojuma{1}}defektīvākā daļa, daudzās konstrukcijās tiek izmantots pievienojams ārējais lāzers. Piemēram, NVIDIA fotoniskie slēdži baro astoņus 1,6 Tbps dzinējus no viena nomaināma lāzera moduļa, kas arī samazina nepieciešamo lāzeru skaitu uz vienu joslas platuma vienību. Darbības ziņā galvenais lāzera nāves rādītājs ir vienmērīgs lāzera nobīdes strāvas pieaugums, kamēr optiskā izeja paliek nemainīga - telemetrija, kas uzraudzības sistēmām ir jāuzrauga, nevis jāpaļaujas tikai uz uztveršanas jaudu.
Kas tieši mainās, kad optika tuvojas ASIC?
"Kas mainās CPO" ir daļa, ko lielākā daļa pārskatu atstāj neskaidru. Konkrēti, tas maina piecas lietas vienlaikus, un komandai, kas novērtē CPO, vajadzētu apsvērt katru atsevišķi, nevis kā vienu darījumu.
Slēdžu dizains.Optika pārstāj būt nomaināms modulis operatoru krājumos un sāk kļūt par daļu no oriģinālā aprīkojuma ražotājiem. DSP retometru, kas nosaka signālus gariem PCB izsekošanas signāliem, bieži var pilnībā likvidēt, tāpēc tiek nodrošināta liela daļa enerģijas taupīšanas.
Termiskā vadība.Optiskais dzinējs tagad atrodas blakus lieljaudas{0}}ASIC. Lāzeriem, modulatoriem un jo īpaši gredzenu rezonatoriem ir temperatūras -jutīgi - gredzens-dizainiem, kuru pamatā ir pastāvīga maza-sildītāja kontrole, lai fotoniskā IC noturētu temperatūrā. Termiskās zonas slēdža iekšpusē kļūst par dizaina problēmu, nevis nodomu.
Šķiedru pārvaldība.Pārveidošana, kas notiek uz pamatnes, nozīmē, ka šķiedra ir jānovirza, jānostiprina un jāizlīdzinaiekšākaste. Savienotāju uzticamība, lieces veiktspēja un izlīdzināšanas tolerance pāriet no "kabeļu problēmām" uz "sistēmas ražīgumu".
Apkope.Tehniķis var izvilkt un nomainīt priekšējā paneļa{0}}uztvērēju dažu sekunžu laikā. Kopā-iepakots dzinējs nevar tikt nomainīts šādā veidā. Saudzēšana, remonts, defektu izolācija un tas, ko operatori sauc par "sprādziena rādiusu" -, cik daudz samazinās, ja viens elements neizdodas -, viss mainās.
Iepirkums un dzīves cikls.Savienojumi sniedz operatoriem sviras efektu: vairāki sadarbspējīgi pārdevēji, vienkāršas rezerves daļas, pakāpeniski jauninājumi. Integrētāka optiskā sistēma sašaurina šo lauku un saista optiku ar slēdža dzīves ciklu. Tās ir reālas izmaksas, kurām nav nekā kopīga ar optisko veiktspēju.
Godīgi sakot, CPO ne tikai samazina jaudu. Tas novirza sarežģītību - no elektriskā ceļa uz iepakojumu, termisko dizainu, ražu un lauka darbībām.
CPO vs pieslēdzamā optika vs LPO: kuru izvēlēties?
CPO parasti salīdzina ar divām alternatīvām: parasto pievienojamo optiku un lineāro pievienojamo optiku (LPO). Tie ir saistīti, taču atrisina dažādas problēmas, un daudzām komandām reālistiskā gandrīz{1}}termiņa izvēle ir starp pievienojamu un LPO, un CPO tiek izsekots nākamajai platformas paaudzei.
| Arhitektūra | Kur optika sēž | Galvenā priekšrocība | Galvenais ierobežojums | Vislabāk piemērots |
|---|---|---|---|---|
| Pieslēdzama optika | Priekšējā{0}}paneļa moduļa korpuss | Pieaugušiem, vairāku{0}}pārdevēju, karstā-maināms, standartiem-balstīts | Lielāka jauda uz bitu (~15–20 pJ/bit pie 800 G) un elektriskās{3}}sasniedzamības ierobežojumi lielā ātrumā | Plaša datu centra, uzņēmuma un telekomunikāciju izvietošana |
| LPO | Priekšējais{0}}panelis pievienojams formas faktors, vienkāršots signāla ceļš | Noņem borta DSP; parasti par 30–50% mazāka jauda nekā DSP{2}}pieslēdzamajiem, saglabā pievienojamo darbības modeli. | Nepieciešama stingrāka sistēmas-līmeņa signāla-integritātes kontrole; īsāks sasniedzamība | Īsas-sasniedzamības, jaudīgas-AI saites |
| CPO | Optiskais dzinējs uz slēdža ASIC substrāta | Lielākais joslas platuma blīvums un mazākā jauda uz bitu (~5 pJ/bit mērķis); noņem priekšējo-paneļa blīvuma griestus | Grūtāka izmantojamība, iepakojums, termiskais dizains un ekosistēmas briedums | Augsta mēroga-AI/HPC pārslēgšana, īpaši{1}}palielināti audumi |
Praktiska lēmumu sistēma:
- Izvēlieties pievienojamo optikukad darbības elastība, vairāku{0}}pārdevēju taupīšana un ātra lauka nomaiņa ir vissvarīgākā -, kas joprojām ir lielākā daļa tīklu.
- Apsveriet LPOja jums ir nepieciešama mazāka jauda un latentums īsos attālumos, bet vēlaties saglabāt pazīstamo pieslēdzamo modeli. LPO ir zemāka-riska tilts, un tai ir ievērojami aizstāvji - OFC 2025, Arista līdz{4}}dibinātājs Endijs Behtolsheims turpinājaargumentēt par LPO kā labāku tuvākā-termiņa alternatīvu.
- Izsekot CPOja joslas platuma blīvums, jauda uz bitu un ilgtermiņa mērogošana, kas pārsniedz 800 G, pārsniedz moduļa-līmeņa apkalpojamību -, un jo īpaši, lai palielinātu-audus AI klasteros.
Kadrējums, kas palīdz visvairāk: CPO nav lēmums par moduļa iegādi, tas ir pārslēgšanas{0}}sistēmas arhitektūras lēmums. Izturieties pret to šādā veidā, un lielākā daļa neskaidrību izzūd.
Ko{0}}pakotās optikas priekšrocības AI tīkliem
Galvenā priekšrocība ir energoefektivitāte mērogā. Broadcom apgalvo, ka no tās CPO platformas ir aptuveni 30% enerģijas ietaupījums un 40% zemākas optikas izmaksas par bitu, kā arī joslas platuma blīvums aptuveni 1 Tbps uz milimetru. Enerģijas -par-bitu atstarpe - aptuveni 15 pJ/bit pievienojamiem ierīcēm pret 5 pJ/bit mērķi CPO - ir tas, kas pārvēršas iekārtas{11}}līmeņa megavatos lielā klasterī.
Joslas platuma blīvums ir otrais ieguvums, un tas ir strukturāls, nevis pakāpenisks. Atbrīvojoties no priekšējās plāksnes, CPO noņem priekšējā paneļa griestus, kas ierobežo pievienojamās konstrukcijas, tiklīdz slēdža jauda pārsniedz aptuveni 102,4 Tb/s. Latentums var uzlaboties arī tad, ja signāla ceļš tiek vienkāršots, lai gan latentums vienmēr ir jāvērtē visas sistēmas līmenī, nevis tikai optiskajā dzinējā.
Sāk ienākt arī dati par uzticamību, kas ir svarīgi tehnoloģijai, kas ilgstoši ir iestrēgusi "daudzsološā". 2025. gada oktobrī uzņēmums Broadcom ziņoja, ka Meta pārbaudīja savu CPO risinājumu vienu miljonu saišu-stundu bez neviena saites atloka augstas-temperatūras laboratorijas raksturojumā -, kas ir nepieciešami operatoriem, lai viņi varētu uzticēties neapkalpojamai optikai ražošanā.
CPO izaicinājumi un ieviešanas šķēršļi
Izaicinājumi ir reāli, un tie lielākoties nav optiski. Tās ir iepakojuma, termiskās, darbības un ekosistēmas problēmas.
Termiskā vadībair visgrūtākais. Dzinējs atrodas blakus karstam ASIC, un jo īpaši gredzena rezonatoriem ir nepieciešama aktīva sildīšana, lai paliktu uz -viļņa garuma -, tāpēc konstrukcijai ir jāpārvalda siltums, ko dzinējs rada un no kā atkarīgs. Temperatūras novirze tieši apdraud ilgtermiņa{4}}uzticamību.
Iepakojums un ražanāc tālāk. Elektronisko un fotonisko presformu kop-integrēšanai ir nepieciešams uzlabots iesaiņojums, stingra izlīdzināšana un pārbaudes metodes, kas joprojām tiek izstrādātas. Raža un izgatavojamība, nevis neapstrādāta optiskā veiktspēja, bieži vien vārtu apjoma ražošana.
Apkalpojamība un sprādziena rādiussmainīt darbības modeli. Pieslēdzamie lāzera avoti mazina sliktāko gadījumu, taču operatori joprojām zaudē vienkāršo "velciet un nomainiet" darbplūsmu un vairāku maināmu pārdevēju ērtības.
Ekosistēmas gatavībasaista to kopā. CPO ir atkarīga no koordinācijas starp slēdžu-silīcija piegādātājiem, optisko{2} dzinēju piegādātājiem, lāzeru ražotājiem, šķiedru-savienojuma nodrošinātājiem, iepakojuma partneriem un mākoņa operatoriem, kas ir saskaņoti ar specifikācijām no tādām iestādēm kāOptiskā tīkla darba forums (OIF)un IEEE. Šī koordinācija veidojas, bet nav pabeigta.
Tirgus vienprātība to atspoguļo. Pat analītiķi vērtē tehnoloģiju -SemiAnalysis sagaida, ka tuvākajā laikā nebūs ātras pieņemšanas līknes, lai samazinātu -CPO starp hiperskaloriem, pat ja tie paši operatori apņemas piegādātājiem palielināt apjomu-. CPO aug vispirms tur, kur priekšrocības nepārprotami attaisno sarežģītību: ļoti lielas AI rūpnīcas, hipermēroga audumi un HPC kopas.
Kad mākslīgā intelekta datu centros būtu jāapsver kop{0}}paketētas optikas izmantošana?
Pievērsiet īpašu uzmanību CPO, ja jūsu ceļvedī ir iekļauti ļoti augsti -radix slēdži, 800 G vai 1,6 T saites, lieli GPU klasteri vai stingri jaudas-par-bitu mērķi - un jo īpaši, ja jūsu pašreizējo dizainu jau ierobežo jauda, dzesēšana, signāla integritāte vai priekšējās plāksnes blīvums. Kad pievienojamo arhitektūru mērogošanas izmaksas un grūtības turpina pieaugt, CPO{7}}izmaiņas sāk izskatīties labvēlīgas.
CPO, iespējams, nav pareizais solis, ja jūsu prioritātes ir darbības elastība, ātra nomaiņa, plaša piegādātāju izvēle un pakāpeniski jauninājumi. Lielākajai daļai uzņēmumu un vispārējas nozīmes datu centru{1}}nobriedusi pievienojama optika joprojām ir labāk piemērota šodien, un LPO ir mazāka-jaudas opcija īsas-sasniedzamības, jaudas{4}}jutīgām saitēm.
Vai CPO aizstās pievienojamo optiku?
Ne tuvākajā laikā. Pieslēdzamiem raiduztvērējiem ir nobriedusi piegādes ķēde, plašs standartu atbalsts, vairāku-pārdevēju savietojamība un pārbaudīts darbības modelis, un tie turpinās apkalpot lielāko daļu datu centru, uzņēmumu, telekomunikāciju un mākoņa lietojumprogrammu.Izvietošanai{0}}gatavi CPO produkti tika piegādāti tikai 2025. gadā2026. gadā gaidāma pirmā hipermēroga izvietošana nākamās-paaudzes slēdžu platformās.
Skaidrāka aina ir slāņveida ekosistēma. Pieslēdzamā optika paliek plaši izplatīta. LPO kalpo kā zemāks-jaudas tilts, kas notur pieslēdzamo modeli. Un CPO kļūst par centrālo vietu, kur joslas platums, jauda un blīvums pārsniedz to, ko priekšējā -paneļa optika var darīt - visnoteicošākā mēroga- AI audumos, kur tā ir galvenais joslas platuma pieauguma virzītājspēks šīs desmitgades otrajā pusē. Nākotne nav viena arhitektūra uzvarējusi; katrs no tiem ir pielāgots atšķirīgai veiktspējai, izmaksām un darbības prasībām.
FAQ
J: Ko nozīmē CPO?
A: CPO apzīmē Co{0}}Packaged Optics — arhitektūru, kas novieto optiskos dzinējus tuvu slēdža ASIC vai procesora pakotnei, nevis priekšējam panelim.
J: Vai CPO ir tas pats, kas silīcija fotonika?
A: Nē. Silīcija fotonika ir ražošanas platforma fotonisko integrālo shēmu veidošanai. CPO ir sistēmas arhitektūra, kas var izmantot silīcija fotoniku kā iespējojošo tehnoloģiju.
J: Kāda ir atšķirība starp CPO un LPO?
A: LPO saglabā pievienojamo moduļu formātu, bet noņem iebūvēto DSP, lai samazinātu jaudu un latentumu, parasti ietaupot 30–50% salīdzinājumā ar pievienojamiem DSP{2}}. CPO pārvieto optisko dzinēju uz ASIC substrātu un būtiski maina sistēmas arhitektūru.
J: Vai CPO faktiski samazina enerģijas patēriņu?
A: Tas samazina enerģiju uz bitu būtiski - no aptuveni 15 pJ/bit pievienojamiem ierīcēm līdz 5 pJ/bit mērķim -, novēršot garās elektriskās pēdas un DSP retimerus. Ņemiet vērā niansi: CPO ir efektīva uz vienu bitu, taču tā pēc būtības nav mazjaudas komponents, jo lāzeri un gredzenu rezonatori joprojām patērē enerģiju, tostarp siltuma kontrolei.
J: Kādu lomu CPO spēlē silīcija fotonika?
A: Silīcija fotonika nodrošina integrētus optiskos dzinējus vairumā CPO dizainu. Elektroniskās matricas uzlikšana uz fotoniskās formas -, kā tas ir TSMC COUPE procesā -, ļauj optiskajam dzinējam atrasties uz slēdža pamatnes.
J: Kādi ir galvenie šķēršļi CPO pieņemšanai?
A: Siltuma pārvaldība blakus karstam ASIC, iepakojuma un ražas sarežģītība, samazināta izmantojamība uz lauka un lielāks sprādziena rādiuss, kā arī ekosistēmas un standartu briedums. Neviens no tiem galvenokārt neattiecas uz optisko veiktspēju.
J: Vai CPO jau ir komerciāli pieejams?
Atbilde: Izvietošanai{0}}gatavi produkti tika piegādāti 2025. gadā ar tādiem uzticamības pavērsieniem kā Broadcom vienas-miljona-saites-stundas pārbaude ar Meta. Paredzams, ka 2026. gadā tiks veikta pirmā hipermēroga mēroga{6}}izvēršana, taču plaša ieviešana būs pakāpeniska un nevienmērīga.
J: Vai uzņēmumu datu centriem tagad ir jārūpējas par CPO?
A: Lielākajai daļai uzņēmumu, nevis kā tūlītēju pirkumu. To ir vērts saprast kā ceļveža ievadi, taču pievienojama optika - un LPO jaudas-jutīgai īsai sasniedzamībai - joprojām ir piemērotāka, līdz joslas platums, jauda vai blīvums patiešām piespiež izmaiņas.
Secinājums
Co-Packaged Optics ir viena no visnozīmīgākajām arhitektūras pārmaiņām-ātrdarbīgā datu centru tīklā. Pārvietojot optisko pārveidošanu uz slēdža substrāta, tas samazina enerģiju uz bitu līdz 5 pJ/bit, palielina joslas platuma blīvumu pāri priekšējā paneļa griestiem un sniedz AI un HPC tīkliem iespēju mērogot virs 800 G un 1,6 T. Pierādījumi ir pārcēlušies no slīdprogrammatūras uz produktu piegādi un reāliem uzticamības datiem.
Taču CPO neaizstāj{0}}pievienojamo optiku. Tas risina elektriskās -sasniegšanas problēmas iepakojuma, siltuma, šķiedru-pārvaldības un darbības jomā -, un tas sašaurina iepirkumu sviras operatoru pieradumus. Lielākajai daļai komandu pareizā poza ir slāņveida: saglabājiet nobriedušu pievienojamo optiku, kur tā ir piemērota, izmantojiet LPO, lai nodrošinātu mazāku-jaudas īsu sasniedzamību, un izsekojiet CPO nākamās-paaudzes augsta-blīvuma AI un HPC audumiem, jo īpaši mērogot-. Galvenā garīgā maiņa ir vienkārša: CPO nav moduļa iegādes lēmums, tas ir pārslēgšanas -sistēmas arhitektūras lēmums -, un, pamatojoties uz to, tas jau ir iekļauts jebkurā nopietnā AI tīkla ceļveža sarunā.
