Vývoj a pokrok CPOoptoelektronickétechnologie společného balení
Optoelektronické společné balení není nová technologie, její vývoj lze vysledovat až do 60. let 20. století, ale v současné době je fotoelektrické společné balení pouze jednoduchým balením...optoelektronická zařízeníspolečně. V 90. letech 20. století, s nástupemoptický komunikační modulV tomto odvětví se začalo objevovat fotoelektrické ko-packingové technologie. Vzhledem k prudkému nárůstu poptávky po vysokém výpočetním výkonu a šířce pásma v letošním roce se fotoelektrickému ko-packingu a souvisejícím technologiím opět dostalo velké pozornosti.
Ve vývoji technologie má každá fáze také různé formy, od 2,5D CPO odpovídajícího požadavku 20/50 Tb/s, přes 2,5D Chiplet CPO odpovídající požadavku 50/100 Tb/s, až po 3D CPO odpovídající rychlosti 100 Tb/s.
2.5D CPO obsahujeoptický modula čip síťového přepínače na stejném substrátu, aby se zkrátila vzdálenost vedení a zvýšila hustota I/O, a 3D CPO přímo propojuje optický integrovaný obvod s mezivrstvou, aby se dosáhlo propojení s roztečí I/O menší než 50 μm. Cíl jeho vývoje je velmi jasný, a to co nejvíce zmenšit vzdálenost mezi modulem fotoelektrické konverze a čipem síťového přepínače.
V současné době je CPO stále v plenkách a stále existují problémy, jako je nízký výtěžek a vysoké náklady na údržbu, a jen málo výrobců na trhu může plně dodávat produkty související s CPO. Pouze Broadcom, Marvell, Intel a hrstka dalších hráčů má na trhu plně proprietární řešení.
Společnost Marvell v loňském roce představila přepínač s technologií 2,5D CPO, který využívá proces VIA-LAST. Po zpracování křemíkového optického čipu je TSV zpracován pomocí procesorové kapacity OSAT a poté je k němu přidán elektrický flip-chip. Na desce plošných spojů je propojeno 16 optických modulů a přepínací čip Marvell Teralynx7, čímž vzniká přepínač, který dosahuje přepínací rychlosti 12,8 Tb/s.
Na letošním veletrhu OFC společnosti Broadcom a Marvell také předvedly nejnovější generaci přepínacích čipů s rychlostí 51,2 Tb/s využívající technologii optoelektronického společného balení.
Od nejnovější generace Broadcomových CPO, technických detailů a 3D balíčku CPO, přes vylepšení procesu pro dosažení vyšší hustoty I/O, spotřeby energie CPO na 5,5 W/800 G, poměru energetické účinnosti a výkonu je velmi dobrý. Zároveň Broadcom proráží vlnu CPO s rychlostí 200 Gb/s a rychlostí 102,4 T.
Společnost Cisco také zvýšila své investice do technologie CPO a na letošní konferenci OFC uspořádala produktovou demonstraci CPO, kde ukázala své využití technologie CPO a její aplikaci na integrovanějším multiplexeru/demultiplexeru. Společnost Cisco uvedla, že provede pilotní nasazení CPO v přepínačích s kapacitou 51,2 Tb, po kterém bude následovat její rozsáhlé zavedení v cyklech přepínačů s kapacitou 102,4 Tb.
Společnost Intel již dlouho zavádí přepínače založené na CPO a v posledních letech nadále spolupracuje se společností Ayar Labs na výzkumu řešení propojení signálů s vyšší šířkou pásma v kobaltových baleních, což připravuje cestu pro masovou výrobu optoelektronických kobaltových a optických propojovacích zařízení.
Přestože zásuvné moduly jsou stále první volbou, celkové zlepšení energetické účinnosti, které CPO může přinést, přitahuje stále více výrobců. Podle společnosti LightCounting se dodávky CPO začnou výrazně zvyšovat od portů 800G a 1,6T, postupně začnou být komerčně dostupné od roku 2024 do roku 2025 a v letech 2026 až 2027 vytvoří velký objem. CIR zároveň očekává, že tržby z celkového objemu fotoelektrických panelů dosáhnou v roce 2027 5,4 miliardy dolarů.
Společnost TSMC začátkem tohoto roku oznámila, že se spojí s Broadcomem, Nvidií a dalšími velkými zákazníky, aby společně vyvinuli technologii křemíkové fotoniky, optické komponenty CPO pro společné balení a další nové produkty, procesní technologii od 45nm do 7nm. Uvedla, že nejrychlejší druhá polovina příštího roku začne plnit velké objednávky a objemová fáze se dosáhne zhruba v roce 2025.
Technologie CPO, jakožto interdisciplinární technologický obor zahrnující fotonické součástky, integrované obvody, pouzdra, modelování a simulace, odráží změny, které přinesla optoelektronická fúze, a změny, které přinesly do přenosu dat, jsou nepochybně převratné. Ačkoli aplikace CPO může být po dlouhou dobu pozorována pouze ve velkých datových centrech, s dalším rozšířením velkého výpočetního výkonu a požadavků na vysokou šířku pásma se technologie fotoelektrického soutěsnění CPO stala novým bojištěm.
Je vidět, že výrobci pracující v CPO se obecně domnívají, že rok 2025 bude klíčovým uzlem, který je zároveň uzlem s přenosovou rychlostí 102,4 Tbps, a nevýhody zásuvných modulů se dále zesílí. Ačkoli aplikace CPO mohou přicházet pomalu, optoelektronické společné balení je nepochybně jediným způsobem, jak dosáhnout vysokorychlostních, vysokopásmových a nízkoenergetických sítí.
Čas zveřejnění: 2. dubna 2024