Matthew Traverso de Marvell presentó un informe titulado “Avance en CPO y ecosistema” y clasifica sistemáticamente el progreso de los principales fabricantes de chips en el campo de CPO en OFC 2024. La siguiente es información relevante compilada en base al informe.
AMD y Ranovus
Xilinx, que trabajó con Ranovus durante muchos años, demostró un sistema en OFC2023 que combina el motor fotónico de silicio de accionamiento directo 800G de Ranovus con el chip FPGA de AMD (Xilinx Versal ACAP). Ranovus ha estado operando en el campo de CPO durante muchos años, cuyos principales aspectos técnicos destacados son el uso de láseres de puntos cuánticos, moduladores de microanillos, etc. Ranovus también inició recientemente una cooperación relacionada con CPO con MediaTek y lanzó su última generación de 6.4TbpsLight. Motor.
AMD/Ranovus
Broadcom
Broadcom demostró un sistema de conmutación de 51.2 T con CPO en la OFC este año. El sistema contiene ocho motores ligeros 6.4T FR4. Un único motor óptico contiene 64 canales de chips PIC y EIC. El controlador/TIA utiliza tecnología CMOS con una velocidad de señal de un solo canal de 100 Gbps. El PIC integra Mux/DeMux en el chip y opera en longitud de onda CWDM4. El motor ligero utiliza la solución de empaquetado FOWLP; anteriormente se adoptó la solución TSV, lo que puede deberse principalmente a consideraciones de costo y rendimiento. Broadcom se ha asociado con Tencent para implementar conmutadores de red con CPO en sus centros de datos.
CPO de Broadcom
Cisco
Cisco demostró su prototipo de conmutador 25.6TSwitch basado en CPO. El sistema contiene ocho motores fotónicos de silicio 3.2T, cada uno de los cuales utiliza ocho chips fotónicos de silicio 400G-FR4, con una velocidad de canal único de 100 Gbps, utilizando un modulador tipo SISCAP, con Mux/DeMux integrado en el chip.
Cisco
IBM
IBM es única porque no adoptó una solución fotónica de silicio, sino que trabajó con Finisar para desarrollar un sistema CPO basado en VCSEL. El sistema contiene 4 chips PD y 4 chips VCSEL. Por consideraciones de confiabilidad del sistema, cada VCSEL se configura con un VCSEL redundante. La velocidad de señal de un solo canal es 56G NRZ, con 16 canales, con un ancho de banda total de 896Gbps. El motor de luz se puede conectar al sustrato mediante LGA o soldadura.
IBM
Intel
Intel ha estado profundamente involucrada en el campo de la fotónica de silicio durante muchos años y anteriormente se centró en la investigación y el desarrollo de transceptores ópticos conectables y tecnología de modulador de microanillos para fotónica de silicio. Desde 2020, ha comenzado a implementarse en el campo de CPO, centrándose en la interconexión de computación óptica (OCI) y utilizando su plataforma única de proceso de fotónica de silicio para desarrollar un sistema de CPO basado en moduladores de microanillos. En OFC 2024, la compañía demostró su último progreso en OCI. Cada PIC tiene 64 canales ópticos, la velocidad de señal de un solo enlace es de 32 Gbps, el ancho de banda general de la señal es de 2 Tbps (el ancho de banda bidireccional es de 4 Tbps) y la tasa de error de bits del enlace es inferior a 1e-12. Además, Intel ha desarrollado un conector óptico enchufable exclusivo, que puede examinar los chips PIC antes de empaquetarlos para mejorar el rendimiento, sentando las bases para la producción en masa a gran escala de CPO.
Intel
Marvell
Después de adquirir Inphi, Marvell ha mejorado enormemente sus capacidades de I+D en los campos de las comunicaciones ópticas y los centros de datos. Marvell lanzó este año en la OFC el último motor fotónico de silicio empaquetado en 6.4D de 3T, que incluye 32 canales, con una velocidad de señal de un solo canal de 200 Gbps.
Marvell
Nvidia
Como líder en el campo de las GPU, Nvidia también ha estado desarrollando tecnología CPO de fotónica de silicio. En la conferencia 2020GTC, Nvidia demostró un diagrama de arquitectura del sistema que interconecta chips GPU y Switch a través de CPO. Además, Nvidia también está trabajando con TSMC, Ayar Labs y otras empresas para desarrollar tecnología CPO.
Tecnología CPO de fotónica de silicio
TSMC
TSMC comenzó a cooperar con Luxtera en 2017 y desarrolló una plataforma de proceso fotónico de silicio de 12 pulgadas en un nodo de 65 nm. Luego introdujo un embalaje avanzado y lanzó la plataforma COUPE 1.0/2.0. TSMC publicó recientemente su hoja de ruta en el campo de CPO, que incluye el plan para lograr un motor ligero de 6.4 Tbps para 2025 y seguir desarrollando un motor óptico de 12.8 Tbps, utilizado para la interconexión XPU.
Plataforma fotónica de silicio de 12 pulgadas
La siguiente tabla resume las tecnologías CPO de los principales fabricantes mencionados anteriormente. Actualmente, a excepción de Broadcom, las soluciones de otras empresas no son estrictamente CPO, sino más bien NPO. Los motores ópticos que utilizan están conectados al sustrato a través de una toma eléctrica, con cierto grado de reemplazabilidad. Además, la mayoría de los fabricantes han elegido la solución de una fuente de luz externa para evitar la influencia de la disipación de calor del chip interno de alta potencia en el rendimiento del láser.
Resumen de manifestaciones
El principal motor de la tecnología CPO es la reducción del consumo de energía. Dado que el motor óptico está muy cerca del chip ASIC, la pérdida de enlace se reduce y no hay necesidad de un chip retemporizador para compensar la señal entre los dos, lo que conduce a una reducción de aproximadamente el 30% de su consumo de energía. Además, la tecnología CPO también mejora la densidad del ancho de banda del sistema.
Comparación del retiming abordado con láser.
Siempre han existido dudas sobre la tecnología CPO y el modelo de negocio. La siguiente figura es del PPT de Andy con Arista. En comparación con el transceptor óptico enchufable tradicional, la investigación y el desarrollo de la tecnología CPO requieren una cooperación profunda con los principales fabricantes de Switch/XPU. El derecho a hablar lo tienen principalmente los fabricantes de interruptores, lo que no es muy amigable para las pequeñas empresas. Además, el módulo CPO ha sido criticado durante mucho tiempo por su confiabilidad, capacidad de prueba y reemplazabilidad, lo cual debe resolverse. Dado que el chip ASIC está empaquetado junto con el motor ligero CPO, el precio del chip ASIC es muy caro. Una vez que falla el motor ligero CPO, ¿cómo se puede reparar o reemplazar rápidamente? Sellar juntos chips optoelectrónicos también plantea desafíos para la disipación de calor del sistema. La introducción de tecnologías avanzadas de envasado (TSV, FOWLP, etc.) ha aumentado, por un lado, los costes de I+D y prolongado los ciclos de desarrollo y, por otro, también ha supuesto desafíos para el rendimiento.
Los problemas que CPO no resuelve
Como punto de acceso de la industria, la tecnología CPO ha recibido una amplia atención por parte de la industria y los principales fabricantes también están haciendo sus planes. El debate entre éste y el transceptor óptico enchufable continuará en el corto plazo. En el contexto de la interconexión óptica de IA, la industria puede tener requisitos más estrictos para la confiabilidad de los transceptores ópticos. Aunque la tecnología CPO tiene ventajas en el consumo de energía y la densidad del ancho de banda, aún está por discutirse si puede usarse ampliamente comercialmente y cambiar la posición de los transceptores ópticos conectables. En comparación, la tecnología Optical IO no quitará la cuota de mercado de los transceptores ópticos conectables. Puede resolver los problemas de las E/S eléctricas tradicionales en términos de consumo de energía y ancho de banda, por lo que su promoción puede ser más fluida.