OCP 2025: FiberMall presenta avances en tecnologías DSP, LPO/LRO y CPO de 1.6T y superiores

El rápido avance de la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático impulsa una demanda urgente de mayor ancho de banda en los centros de datos. En OCP 2025, FiberMall realizó múltiples presentaciones que destacaron sus avances en DSP de transceptores para aplicaciones de IA, así como en tecnologías LPO (Óptica Conectable Lineal), LRO (Óptica de Recepción Lineal) y CPO (Óptica Coempaquetada). Los debates se centraron en métricas de rendimiento, como el consumo de energía, la eficiencia energética y el rendimiento óptico.

FiberMall brindó soporte integral para conectores ópticos y componentes de fibra en arquitecturas CPO, incluyendo motores ópticos (OE) CPO/NPO, módulos ELSFP, conectores ópticos, paneles, soluciones de placa intermedia y diversos ensambles de fibra. Además, la empresa está investigando dos posibles vías para alcanzar los 400 Gbps por canal: las tecnologías InP-EML y de niobato de litio de película fina (TFLN). En general, el contenido presentado fue exhaustivo e informativo.

La creciente demanda de ancho de banda y eficiencia energética en los centros de datos de IA

La evolución de la IA y el aprendizaje automático está acelerando la necesidad de un mayor ancho de banda, con 224 Gbps por línea como un punto de referencia crucial. Mientras tanto, el consumo energético global de los centros de datos está aumentando significativamente. Los volúmenes de ventas de transceptores Ethernet, clasificados por velocidad, junto con las proyecciones de consumo energético de referencia para diversos equipos entre 2020 y 2030, subrayan la necesidad imperiosa de mejorar la eficiencia energética.

Para abordar el aumento de la potencia computacional y del tráfico de datos, mejorar el ancho de banda y al mismo tiempo lograr una eficiencia energética superior se ha convertido en un desafío central en el diseño y la operación de centros de datos.

Soluciones ópticas para interconexiones de IA: DSP, LPO y LRO

Los esquemas ópticos en las interconexiones de IA se pueden clasificar principalmente en las siguientes categorías:

1. Módulos conectables DSP de ecualización completaEstos ofrecen una robusta integridad de señal y versatilidad en diversos entornos operativos. Cuentan con sólidas capacidades de diagnóstico y monitoreo, además de una probada interoperabilidad con múltiples proveedores, lo que garantiza la confiabilidad en implementaciones a gran escala. Sin embargo, el procesamiento DSP implica un mayor consumo de energía y mayor latencia.
2. LPO (Óptica enchufable lineal)Al eliminar el procesamiento DSP, LPO logra el menor consumo de energía del módulo, un diseño más simple y temperaturas de operación más bajas, lo que ofrece máxima eficiencia y mínima latencia. Las funciones de monitorización son limitadas, lo que requiere una ingeniería de enlace más rigurosa para garantizar el rendimiento. Las especificaciones LPO MSA permiten la interoperabilidad entre múltiples proveedores.
3. LRO (Óptica de recepción lineal)Este enfoque equilibra el consumo de energía y la robustez. En comparación con las soluciones DSP completas, LRO reduce significativamente el consumo y la latencia (aunque es mayor que LPO), a la vez que ofrece capacidades de monitorización moderadas y una fiabilidad superior a la de LPO puro. El ecosistema está en plena maduración, con viabilidad validada en sistemas de 1.6T.

Estas tres opciones ópticas conectables ofrecen ventajas distintivas, lo que permite una selección específica en función de los requisitos del sistema de IA en cuanto a potencia, distancia de transmisión y ancho de banda para optimizar el rendimiento de la interconexión.

Además, el empaquetado conjunto de dispositivos ópticos con chips ASIC reduce sustancialmente las pérdidas de interconexión y aumenta drásticamente el ancho de banda. El uso de métodos de control ASIC lineales/directos reduce el consumo de energía y la latencia de respuesta. Sin embargo, este enfoque altamente integrado presenta nuevos desafíos en los procesos de mantenimiento, confiabilidad y fabricación, lo que requiere consideraciones simultáneas en el diseño y la producción.

Desglose del consumo de energía en aceleradores de IA

En la composición de potencia del acelerador de IA, los módulos ópticos representan la mayor participación con aproximadamente el 49%, seguidos por los ASIC con el 28%, los ventiladores con el 10% y los ASIC SerDes con el 13%.

Para un clúster de 400 000 GPU GB300, las comparaciones de consumo de energía entre los tipos de módulos ópticos muestran lo siguiente:

• Módulos basados ​​en DSP: 492 MW en total
• LPO: Una reducción del 2% a 480 MW
• CPO: Una reducción adicional del 10% hasta los 434 MW

Mediante una asignación precisa de energía para los componentes clave y mejoras continuas en la eficiencia energética, los sistemas de IA a gran escala pueden lograr una utilización de la energía significativamente mejor.

Los DSP fabricados con procesos de 3 nm muestran reducciones de consumo sustanciales en comparación con las versiones de 5 nm, manteniendo un rendimiento excelente. La integración de las tecnologías LRO y LPO reduce aún más el consumo de energía, proporcionando una eficiencia excepcional para la computación escalable de IA.

Métricas de rendimiento: potencia y eficiencia energética

En una plataforma DR8 de 800G:

• DSP: 13 W de potencia, 16.3 pJ/bit de eficiencia
• LRO: 8.5 W de potencia, 10.6 pJ/bit de eficiencia
• LPO: 7.5 W de potencia, 9.4 pJ/bit de eficiencia

En una plataforma 1600G 2×DR4:

• DSP: 21 W de potencia, 13.1 pJ/bit de eficiencia
• LRO: 15 W de potencia, 9.4 pJ/bit de eficiencia
• LPO: 10 W de potencia, 6.3 pJ/bit de eficiencia

Estas cifras ilustran que, si bien la potencia aumenta con el ancho de banda, la eficiencia energética mejora de manera variable, y LPO muestra las ventajas más pronunciadas en escenarios de gran ancho de banda.

LRO demuestra un excelente rendimiento en configuraciones OSFP224 2×DR4 de 1.6 Tb/s y OSFP224 3 nm DSP+DR8 de 1.6 Tb/s. Las mediciones de tasa de error de bit (BER) en los 8 canales fueron muy inferiores a 1e-4, lo que confirma la integridad de la señal a nivel de producción.

El análisis de potencia y temperatura basado en 2,200 puntos de datos de módulos DR8 de 800G, recopilados con velocidades de ventilador del 50 %, 75 % y 100 %, revela que la LPO reduce significativamente las necesidades energéticas del sistema de refrigeración. En comparación con los transceptores DSP tradicionales, la LPO reduce las temperaturas de disipación de calor en aproximadamente 15 °C en condiciones idénticas, lo que permite una eficiencia energética y una gestión térmica superiores.

Las primeras pruebas del OSFP224 DR8 LPO de 1.6 Tbit/s indican que está listo para aplicaciones LPO Ethernet de 1.6 T de próxima generación. Rigurosas validaciones confirman que el módulo cumple o supera los objetivos de diseño en transmisión de alta velocidad, BER y control de potencia, lo que confirma su fiabilidad y escalabilidad para enlaces Ethernet de ultraalta capacidad.

FiberMall ha completado la validación de extremo a extremo de OSFP224 2×DR4 de 1.6 Tb/s, y todos los canales muestran una BER significativamente inferior a las especificaciones, lo que marca la preparación para una implementación a gran escala.

FiberMall está ampliando la compatibilidad con OSFP224 de 1.6 Tbps a enlaces 2×VR4 (de corto alcance) y 2×FR4 (de medio alcance). El análisis detallado del diagrama de ojo demuestra una madurez temprana del diseño y una alta estabilidad del enlace, con el objetivo de lograr una cobertura integral desde clústeres de computación de IA de corta distancia hasta interconexiones de larga distancia.

Soporte integral para arquitecturas CPO

Bajo los marcos CPO, FiberMall ofrece soporte completo para conectores ópticos y componentes de fibra, incluidos CPO/NPO OE, ELSFP, conectores ópticos, paneles, soluciones de placa intermedia y diversos conjuntos de fibra para garantizar una alta confiabilidad y un rendimiento superior.

FiberMall también ofrece soluciones avanzadas de conectividad y gestión de fibra. Los diseños de placa intermedia utilizan conectores de férula cónica MT para interconexiones multifibra, lo que simplifica la gestión interna de la fibra del switch, reduce el riesgo de rotura y mejora la flexibilidad de enrutamiento.

Los paneles frontales admiten interfaces MPO tradicionales junto con opciones de factor de forma muy pequeño (VSFF) como MMC y SNMT para aplicaciones de alta densidad.

En la gestión de la fibra:

• Enrutamiento de fibras sin cruce con diseños compactos premoldeados basados ​​en casetes para una fácil instalación y mantenimiento.
• Soluciones innovadoras de cruce/mezcla:
  • Enrutamiento de placa flexible 2D:Cableado automatizado, apilamiento compacto de múltiples capas para enrutamiento complejo en espacios limitados, con diseños modulares premoldeados para un rápido ensamblaje y mantenimiento.
  • Enrutamiento de matriz 3DCableado de fibra óptica confiable, de alto rendimiento y sin empalmes.

Los motores ópticos CPO/NPO de FiberMall integran transceptores fotónicos de silicio para E/S ópticas de ultraalta densidad. Las especificaciones iniciales apuntan a 3.2 T (32 × 100 Gbps), con escalabilidad fluida hasta 6.4 T (32 × 200 Gbps). Las dimensiones cumplen con los estándares OIF, con interfaces eléctricas basadas en especificaciones OIF mejoradas para una amplia compatibilidad. La terminación de fibra utiliza pigtails MPO, personalizables según la aplicación. El sistema aprovecha la plataforma de encapsulado flip-chip 2.5D/3D de FiberMall para una encapsulación fiable de alta densidad y un excelente rendimiento térmico.

En el stand de exposición, FiberMall demostró un módulo ELSFP con una potencia de salida de 25 dBm:

1. Versión OIF (muestra beta):Cumple con el factor de forma OIF ELSFP, con interfaces ópticas/eléctricas universales y puertos MT duales; arquitectura DR en banda de 1310 nm con 4/8 canales (1304.5–1317.5 nm), SMSR ≥ 40 dB, RIN ≤ -147 dB/Hz, PER hasta 16 dB; disponible en clases de potencia VHP, UHP y SHP.
2. Versión personalizada (en desarrollo):Admite factores de forma personalizados y aplicaciones de paso, compatible con esquemas WDM de múltiples longitudes de onda.

Esta solución ofrece un rendimiento de alto rendimiento, amplio ancho de banda y bajo ruido para interconexiones de alta velocidad exigentes y transmisión de múltiples longitudes de onda.

Los diseños de trayectoria óptica priorizan una alta eficiencia de acoplamiento, una excelente PER y una mínima pérdida de retorno. Los diseños de PCB se centran en la eficiencia de conversión de potencia y un ruido ultrabajo. Los diseños térmicos reducen la resistencia térmica entre el láser y la carcasa, mejorando la disipación del calor y garantizando la fiabilidad a largo plazo.

Rutas a 400 Gbps por canal y más

En la búsqueda de 400 Gbps por canal y velocidades más altas, la investigación de FiberMall se centra en avances en dos dispositivos optoelectrónicos clave:

• InP-EAM: Alcanza un ancho de banda de aproximadamente 120 GHz y 3 dB.
• Moduladores TFLN basados ​​en silicio: baja pérdida (~0.2 dB/cm) y pérdida de acoplamiento (~1 dB/faceta), ancho de banda de 3 dB de ~115 GHz, 4.5 dB ER a 0.8 Vpp de accionamiento.

Estos avances mejoran la eficiencia y la integridad de la señal en las interconexiones ópticas de ultra alta velocidad de próxima generación.

Perspectivas del mercado para CPO y láseres de alta potencia

El consenso de la industria sugiere la implementación de CPO en el período "N+2", donde "N" corresponde al año en curso. Por consiguiente, se proyecta que los envíos de puertos CPO (400G, 800G, 1.6T, 3.2T) crecerán rápidamente, alcanzando un tamaño de mercado total de aproximadamente $5.4 mil millones para 2030.

La demanda de chips láser CPO aumentará simultáneamente, con un tamaño de mercado de aproximadamente 650 millones de dólares en 2030. Se espera que los chips de alta potencia (>500 mW) dominen más del 80% de la cuota de mercado, convirtiéndose en un elemento clave para las interconexiones ópticas de alta capacidad.

Conclusión: Habilitación de una infraestructura de IA escalable y energéticamente eficiente

En la era de la expansión de las escalas de computación de la IA, las limitaciones de ancho de banda y potencia son cuellos de botella clave. Para lograr un mayor rendimiento con presupuestos de potencia ajustados, el escalado de clústeres de IA se basa en soluciones de transmisión más eficientes.

Las opciones actuales de transceptores (DSP, LPO, LRO y CPO) ofrecen diversas ventajas en cuanto a distancia, eficiencia e integración. El LPO ha alcanzado velocidades de 800 Gbps y 1.6 Tbps, lo que genera un ahorro de energía sustancial y, al mismo tiempo, cumple con los objetivos de rendimiento. Los sistemas CPO, que incluyen motores ópticos, fuentes láser externas y componentes de fibra, están alcanzando su madurez para su adopción a gran escala.

En conjunto, DSP, óptica lineal y CPO forman una base escalable y energéticamente eficiente para la infraestructura de IA, respaldando las futuras demandas de mayor potencia computacional.