OCP 2025 : FiberMall présente les avancées en matière de technologies DSP, LPO/LRO et CPO de 1.6 T et plus

Le développement rapide de l'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique engendre une demande croissante de bande passante dans les centres de données. Lors de la conférence OCP 2025, FiberMall a présenté à plusieurs reprises ses avancées en matière de processeurs de signal numérique (DSP) pour émetteurs-récepteurs destinés aux applications d'IA, ainsi que ses technologies LPO (Linear Pluggable Optics), LRO (Linear Receive Optics) et CPO (Co-Packaged Optics). Les discussions ont porté sur les indicateurs de performance, notamment la consommation d'énergie, l'efficacité énergétique et les performances optiques.

FiberMall a fourni une assistance complète pour les connecteurs optiques et les composants fibre optique sous architectures CPO, incluant les moteurs optiques CPO/NPO, les modules ELSFP, les connecteurs optiques, les panneaux, les solutions midboard et divers assemblages de fibres. L'entreprise étudie également deux solutions potentielles pour atteindre un débit de 400 Gbit/s par canal : les technologies InP-EML et TFLN (niobate de lithium en couches minces). Dans l'ensemble, le contenu présenté était exhaustif et instructif.

La demande croissante de bande passante et d'efficacité énergétique dans les centres de données d'IA

L'évolution de l'IA et de l'apprentissage automatique accélère le besoin en bande passante, avec 224 Gbit/s par voie qui s'impose comme une norme essentielle. Parallèlement, la consommation énergétique mondiale des centres de données augmente considérablement. Les volumes de vente d'émetteurs-récepteurs Ethernet, classés par vitesse, ainsi que les projections de consommation énergétique de référence pour divers équipements entre 2020 et 2030, soulignent l'impératif d'améliorer l'efficacité énergétique.

Pour faire face à l'augmentation de la puissance de calcul et du trafic de données, l'amélioration de la bande passante tout en atteignant une efficacité énergétique supérieure est devenue un défi majeur dans la conception et l'exploitation des centres de données.

Solutions optiques pour les interconnexions IA : DSP, LPO et LRO

Les schémas optiques d'interconnexion pour l'IA peuvent être principalement classés dans les catégories suivantes :

1. Modules DSP enfichables à égalisation complèteCes solutions offrent une intégrité du signal robuste et une grande polyvalence dans divers environnements d'exploitation. Elles intègrent des fonctionnalités de diagnostic et de surveillance éprouvées, ainsi qu'une interopérabilité multi-fournisseurs fiable, garantissant ainsi la fiabilité des déploiements à grande échelle. Cependant, le traitement DSP induit une consommation d'énergie plus élevée et une latence accrue.
2. LPO (optique linéaire enfichable)En éliminant le traitement DSP, LPO atteint une consommation d'énergie minimale des modules, une conception simplifiée et des températures de fonctionnement plus basses, garantissant une efficacité maximale et une latence minimale. Les fonctions de surveillance étant limitées, une ingénierie de liaison plus rigoureuse est nécessaire pour assurer les performances. L'interopérabilité multi-fournisseurs est prise en charge par les spécifications LPO MSA.
3. LRO (optique de réception linéaire)Cette approche offre un équilibre entre consommation d'énergie et robustesse. Comparée aux solutions DSP complètes, la technologie LRO réduit considérablement la consommation et la latence (bien que supérieures à celles de la technologie LPO), tout en assurant des capacités de surveillance modérées et une fiabilité supérieure à celle de la technologie LPO pure. L'écosystème est en pleine maturation, sa faisabilité ayant été validée sur des systèmes de 1.6 Tbit/s.

Ces trois options optiques enfichables offrent chacune des avantages distincts, permettant une sélection ciblée en fonction des exigences du système d'IA en matière de puissance, de distance de transmission et de bande passante afin d'optimiser les performances d'interconnexion.

De plus, le co-encapsulage de dispositifs optiques et de puces ASIC réduit considérablement les pertes d'interconnexion et augmente significativement la bande passante. L'utilisation de méthodes de pilotage ASIC linéaires/directes diminue la consommation d'énergie et raccourcit le temps de réponse. Cependant, cette approche hautement intégrée soulève de nouveaux défis en matière de maintenance, de fiabilité et de procédés de fabrication, ce qui exige une prise en compte simultanée de ces aspects lors de la conception et de la production.

Répartition de la consommation d'énergie des accélérateurs d'IA

Dans la composition de la puissance des accélérateurs d'IA, les modules optiques représentent la part la plus importante, soit environ 49 %, suivis des ASIC à 28 %, des ventilateurs à 10 % et des ASIC SerDes à 13 %.

Pour un ensemble de 400 000 GPU GB300, les comparaisons de consommation électrique entre les différents types de modules optiques montrent :

• Modules à base de DSP : 492 MW au total
• LPO : une réduction de 2 % à 480 MW
• CPO : Une nouvelle réduction de 10 % à 434 MW

Grâce à une répartition précise de la puissance pour les composants clés et à des améliorations continues de l'efficacité énergétique, les systèmes d'IA à grande échelle peuvent atteindre une utilisation de l'énergie nettement supérieure.

Les processeurs de signal numérique (DSP) gravés en 3 nm présentent une consommation d'énergie considérablement réduite par rapport aux versions 5 nm, tout en conservant d'excellentes performances. L'intégration des technologies LRO et LPO permet de réduire encore davantage la consommation énergétique, offrant ainsi une efficacité remarquable pour le calcul d'intelligence artificielle à grande échelle.

Indicateurs de performance : puissance et efficacité énergétique

Sur une plateforme 800G DR8 :

• DSP : puissance de 13 W, efficacité de 16.3 pJ/bit
• LRO : puissance de 8.5 W, rendement de 10.6 pJ/bit
• LPO : puissance de 7.5 W, rendement de 9.4 pJ/bit

Sur une plateforme 1600G 2×DR4 :

• DSP : puissance de 21 W, efficacité de 13.1 pJ/bit
• LRO : puissance de 15 W, rendement de 9.4 pJ/bit
• LPO : puissance de 10 W, rendement de 6.3 pJ/bit

Ces chiffres illustrent que si la puissance augmente avec la bande passante, l'efficacité énergétique s'améliore de manière variable, le LPO présentant les avantages les plus marqués dans les scénarios à large bande passante.

LRO présente d'excellentes performances dans les configurations OSFP224 2×DR4 et OSFP224 3 nm DSP+DR8 à 1.6 Tbit/s. Les mesures du taux d'erreur binaire (TEB) sur les 8 canaux étaient largement inférieures à 10⁻⁴, confirmant ainsi l'intégrité du signal en production.

L'analyse de la consommation et de la température, basée sur 2 200 points de données provenant de modules 800G DR8 et collectés à des vitesses de ventilation de 50 %, 75 % et 100 %, révèle que la technologie LPO réduit considérablement les besoins énergétiques du système de refroidissement. Comparée aux émetteurs-récepteurs DSP traditionnels, la technologie LPO abaisse les températures de dissipation thermique d'environ 15 °C dans des conditions identiques, ce qui permet une efficacité énergétique et une gestion thermique supérieures.

Les premiers tests du module OSFP224 DR8 LPO à 1.6 Tbit/s indiquent qu'il est prêt pour les applications Ethernet LPO 1.6 T de nouvelle génération. Des validations rigoureuses confirment que le module atteint, voire dépasse, les objectifs de conception en matière de transmission à haut débit, de taux d'erreur binaire (TEB) et de gestion de l'alimentation, garantissant ainsi sa fiabilité et son évolutivité pour les liaisons Ethernet à très haut débit.

FiberMall a finalisé la validation de bout en bout de l'OSFP224 2×DR4 de 1.6 Tb/s, tous les canaux présentant un BER nettement inférieur aux spécifications, ce qui indique qu'il est prêt pour un déploiement à grande échelle.

FiberMall étend la prise en charge OSFP224 à 1.6 Tbit/s aux liaisons 2×VR4 (courte portée) et 2×FR4 (moyenne portée). Une analyse détaillée du diagramme de l'œil démontre la maturité de la conception et la grande stabilité des liaisons, visant une couverture complète, des clusters de calcul IA à courte distance aux interconnexions spine-leaf à longue distance.

Prise en charge complète des architectures CPO

Dans le cadre des accords CPO, FiberMall offre une gamme complète de services pour les connecteurs optiques et les composants de fibre optique, notamment les connecteurs optiques CPO/NPO OE, ELSFP, les panneaux, les solutions intermédiaires et divers assemblages de fibres, afin de garantir une fiabilité élevée et des performances supérieures.

FiberMall propose également des solutions avancées de connectivité et de gestion de la fibre optique. Les cartes intermédiaires utilisent des connecteurs à férule conique MT pour les interconnexions multifibres, simplifiant ainsi la gestion interne des fibres dans les commutateurs, réduisant les risques de rupture et améliorant la flexibilité de routage.

Les panneaux avant prennent en charge les interfaces MPO traditionnelles ainsi que les options Very Small Form Factor (VSFF) telles que MMC et SNMT pour les applications haute densité.

Dans la gestion des fibres :

• Acheminement des fibres sans croisement grâce à des conceptions compactes pré-moulées sur cassette pour une installation et une maintenance faciles.
• Solutions innovantes de croisement/mélange :
  • Routage flexible 2D sur carteCâblage automatisé, empilage multicouche compact pour un routage complexe dans un espace limité, avec des conceptions modulaires pré-moulées pour un assemblage et une maintenance rapides.
  • Routage matriciel 3DCâblage fibre optique sans épissure, haute performance et fiable.

Les moteurs optiques CPO/NPO de FiberMall intègrent des émetteurs-récepteurs photoniques sur silicium pour des E/S optiques ultra-haute densité. Les spécifications initiales visent 3.2 T (32 × 100 Gbit/s), avec une évolutivité transparente jusqu'à 6.4 T (32 × 200 Gbit/s). Les dimensions sont conformes aux normes OIF, et les interfaces électriques sont basées sur des spécifications OIF améliorées pour une large compatibilité. La terminaison des fibres utilise des jarretières MPO, personnalisables selon l'application. Le système exploite la plateforme d'encapsulation flip-chip 2.5D/3D de FiberMall pour une encapsulation haute densité fiable et d'excellentes performances thermiques.

Sur le stand d'exposition, FiberMall a présenté un module ELSFP d'une puissance de sortie de 25 dBm :

1. Version OIF (Échantillon bêta)Conforme au format OIF ELSFP, doté d'interfaces optiques/électriques universelles et de deux ports MT ; architecture DR dans la bande 1310 nm avec 4/8 canaux (1304.5–1317.5 nm), SMSR ≥ 40 dB, RIN ≤ -147 dB/Hz, PER jusqu'à 16 dB ; disponible dans les classes de puissance VHP, UHP et SHP.
2. Version personnalisée (en développement): Prend en charge les facteurs de forme personnalisés et les applications de transmission, compatible avec les schémas WDM multi-longueurs d'onde.

Cette solution offre des performances élevées en termes de puissance, de large bande passante et de faible bruit pour les interconnexions à haut débit exigeantes et la transmission multi-longueurs d'onde.

La conception des circuits optiques privilégie un rendement de couplage élevé, un excellent PER et des pertes de retour minimales. La conception des circuits imprimés est axée sur l'efficacité de conversion de puissance et un bruit ultra-faible. La conception thermique réduit la résistance thermique entre le laser et le boîtier, améliorant ainsi la dissipation de la chaleur et garantissant une fiabilité à long terme.

Voies d'accès à 400 Gbit/s par canal et au-delà

Dans sa quête de débits de 400 Gbit/s par canal et plus encore, la recherche de FiberMall se concentre sur des avancées majeures dans deux dispositifs optoélectroniques clés :

• InP-EAM : Atteinte d’une bande passante de 3 dB d’environ 120 GHz.
• Modulateurs TFLN à base de silicium : Faibles pertes (~0.2 dB/cm) et pertes de couplage (~1 dB/facette), bande passante de ~115 GHz à 3 dB, ER de 4.5 dB à 0.8 Vpp.

Ces avancées améliorent l'efficacité et l'intégrité du signal dans les interconnexions optiques ultra-rapides de nouvelle génération.

Perspectives du marché pour les lasers CPO et haute puissance

Le consensus du secteur prévoit un déploiement des ports CPO dans un délai de « N+2 », où « N » représente l’année en cours. Par conséquent, les livraisons de ports CPO (400G, 800G, 1.6T, 3.2T) devraient croître rapidement, pour atteindre un marché global d’environ 5.4 milliards de dollars d’ici 2030.

La demande de puces laser CPO augmentera parallèlement, pour atteindre un marché d'environ 650 millions de dollars en 2030. Les puces haute puissance (> 500 mW) devraient représenter plus de 80 % de ce marché et devenir essentielles aux interconnexions optiques à haute capacité.

Conclusion : Mettre en place une infrastructure d'IA évolutive et écoénergétique

À l'ère de l'expansion des capacités de calcul de l'IA, les contraintes de bande passante et de consommation énergétique constituent des goulots d'étranglement majeurs. Pour atteindre un débit plus élevé tout en respectant des budgets énergétiques stricts, la mise à l'échelle des clusters d'IA repose sur des solutions de transmission plus efficaces.

Les émetteurs-récepteurs actuels (DSP, LPO, LRO et CPO) présentent différents compromis en termes de distance, d'efficacité et d'intégration. La technologie LPO a atteint sa maturité à 800 Gbit/s et 1.6 Tbit/s, offrant des économies d'énergie substantielles tout en respectant les objectifs de performance. Les systèmes CPO, composés de moteurs optiques, de sources laser externes et de composants fibre optique, sont en passe d'être déployés à grande échelle.

Ensemble, le traitement numérique du signal (DSP), l'optique linéaire et l'optique paramétrique circulaire (CPO) forment une base évolutive et écoénergétique pour l'infrastructure de l'IA, répondant aux besoins futurs en matière de puissance de calcul.