Modules optiques et circuits imprimés : favoriser la transmission de données à haut débit à l'ère de l'IA

Dans le monde en constante évolution des communications de données, la demande de solutions performantes et haut débit n'a jamais été aussi forte. Alors que les applications pilotées par l'IA et le traitement massif de données repoussent les limites des performances réseau, modules optiques et leur intégrale PCB de modules optiques Les réseaux ont évolué rapidement pour répondre à ces défis. Cette évolution améliore non seulement l'efficacité de la transmission, mais garantit également la fiabilité dans des environnements exigeants comme les centres de données et les infrastructures de cloud computing.

Chez FiberMall, nous nous spécialisons dans la fourniture de solutions rentables produits et solutions de communication optique, dynamisant les centres de données mondiaux, les environnements cloud, les réseaux d'entreprise, les réseaux d'accès et les systèmes sans fil. Notre leadership dans les réseaux de communication basés sur l'IA fait de nous le partenaire idéal pour des solutions de haute qualité et à forte valeur ajoutée. modules optiques et PCBDans ce blog, nous explorerons le contexte, les avancées technologiques et la composition des modules optiques, suivis d'une plongée en profondeur dans PCB de module optique essentiel.

Contexte : La forte demande de réseaux à large bande passante

Comme on le sait, la demande stimule le développement. L'avancement rapide de modules optiques découle directement du besoin croissant de l'humanité de transmettre efficacement des données de plus en plus complexes et volumineuses. Ceci a, à son tour, conduit à des exigences techniques en constante évolution et de plus en plus complexes pour PCB de modules optiques.

L'essor de l'apprentissage et de l'inférence de modèles à grande échelle de l'IA a amplifié la demande de calculs massifs de données parallèles, exerçant une pression sans précédent sur la bande passante des réseaux mondiaux. Cela a accéléré l'itération de modules optiques, tout en propulsant les technologies émergentes comme CPO, LPOet Photonics silicium au premier plan.

• CPO (Optiques co-packagées):Cette technologie optique co-packagée se concentre sur l'intégration de composants photoniques et électroniques dans un seul boîtier, idéal pour les scénarios de transmission d'interconnexion à haut débit et à haute densité.
• LPO (optique linéaire enfichable): Mettant l'accent sur la connectabilité et la rentabilité, le LPO est adapté aux applications de transmission à courte distance.
• Technologie de photonique sur silicium:Une méthode de fabrication de dispositifs optoélectroniques utilisant des matériaux en silicium, elle combine les avantages de la photonique et de l'électronique pour des performances supérieures.

Ces innovations sont en train de remodeler solutions de communication optique, garantissant une évolutivité transparente pour les infrastructures modernes.

Chemin d'évolution des technologies de modules optiques

À l’ère de la puissance de calcul, modules optiques Les modules optiques doivent offrir une faible consommation d'énergie et une bande passante élevée pour prendre en charge les charges de travail d'IA et de Big Data. Les tendances actuelles du secteur indiquent les voies d'évolution suivantes : la transition des modules enfichables traditionnels vers des solutions plus intégrées réduisant la consommation d'énergie jusqu'à 40 % et la latence d'environ 50 %. Cette évolution marque un tournant décisif : des conceptions dominées par les modules enfichables vers des interconnexions optiques intégrées et évolutives. Le LPO représente une étape évolutive pour les modules enfichables, tandis que le CPO représente la forme ultime et révolutionnaire exploitant la photonique sur silicium pour minimiser les coûts et la consommation d'énergie.

Le tableau ci-dessous présente les principales technologies émergentes dans l'évolution des modules optiques, d'après les conclusions du rapport « Technologie et évolution des modules optiques pour centres de données » de ZTE. Il met en avant les noms des technologies, leur contenu détaillé et leurs résumés, offrant ainsi une vue d'ensemble de la manière dont ces avancées répondent aux besoins haute densité et faible consommation des centres de données pilotés par l'IA.

Nom de la technologie		Résumé
Modules optiques refroidis par liquide	Dans les systèmes de refroidissement liquide à plaque froide, le liquide de refroidissement n'entre pas directement en contact avec les composants électroniques générateurs de chaleur. Les modules optiques conventionnels n'ont donc généralement pas à se soucier des problèmes de compatibilité lorsqu'ils sont utilisés dans de tels systèmes. Cependant, les liquides de refroidissement des systèmes de refroidissement liquide par immersion et par pulvérisation entrent directement en contact avec les dispositifs de dissipation thermique, en particulier dans les systèmes par immersion, où les dispositifs sont entièrement immergés dans le liquide de refroidissement. Les modules optiques conventionnels sont conçus pour un refroidissement par air et peuvent tomber en panne en immersion ou par pulvérisation. Par conséquent, des conceptions ciblées pour le refroidissement liquide et des exigences techniques standardisées sont essentielles pour garantir une transmission fiable des données dans ces configurations.	Le refroidissement liquide offre une efficacité énergétique et une densité thermique ultra-élevées, constituant une solution clé aux contraintes de dissipation thermique et aux défis d'économie d'énergie des centres de données. Les modules optiques refroidis par liquide représentent une tendance incontournable.
Solution LPO	Le LPO remplace le DSP traditionnel par une technologie d'entraînement direct linéaire, intégrant des fonctions au sein de la puce de commutation et ne conservant que le pilote et l'amplificateur de transimpédance (TIA). Les puces pilote et TIA des modules optiques LPO offrent des performances améliorées pour une linéarité accrue.	Le LPO excelle dans les applications à courte distance, à faible consommation et à faible latence, idéal pour les centres de calcul d'IA. S'appuyant sur des chaînes d'approvisionnement de modules optiques matures, le LPO peut réaliser un déploiement rapide avec le soutien solide des fournisseurs de TIA/pilotes à haute linéarité.
Solution CPO	Le CPO regroupe les moteurs optiques et les puces de commutation sans utiliser de modules optiques enfichables. Cela permet une transmission plus rapide du signal électrique entre le moteur et la puce, raccourcissant ainsi les distances pour réduire l'encombrement, diminuer la consommation d'énergie et optimiser l'efficacité.	Le CPO réduit les coûts et la consommation d'énergie grâce au co-conditionnement optoélectronique des commutateurs, offrant ainsi la solution complète optimale pour les futures applications de modules à haute intégration, à faible consommation, à faible coût et à débit ultra-élevé.
Technologie de photonique sur silicium	Cette technologie de communication optique à faible coût et haut débit repose sur la photonique silicium et utilise des procédés microélectroniques CMOS (semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire) à base de silicium pour la fabrication de dispositifs photoniques intégrés. Elle allie la logique ultra-large et la fabrication de haute précision du CMOS aux débits ultra-élevés et à la faible consommation de la photonique (dans les architectures CPO/LPO).	Bien que les investissements en R&D et les ventes soient à la traîne par rapport aux matériaux III-V, avec des défis en termes de performances, de processus et de coût, les avantages de coût et de puissance de la photonique sur silicium la positionnent comme la future technologie dominante des dispositifs optiques.
Technologie du niobate de lithium en couches minces	Comparés au niobate de lithium massif traditionnel, les guides d'ondes en niobate de lithium en couches minces permettent de réaliser des guides d'ondes optiques de l'ordre du sous-micron, améliorant ainsi l'intégration, le confinement du champ lumineux et les interactions entre les matériaux, pour une bande passante électro-optique ultra-élevée, une tension de commande ultra-faible et des pertes optiques ultra-faibles. Cela pourrait révolutionner les modulateurs électro-optiques.	En tant que dispositif central pour les centres de données ultra-rapides et la transmission optique cohérente, il offre des performances élevées, un faible coût, une petite taille, une productibilité de masse et une compatibilité CMOS, ce qui en fait une solution hautement compétitive pour les futures interconnexions optiques à haut débit.
Cohérent Sinking (Coherent Lite)	Dans les centres de données, la détection directe par modulation d'intensité (IM-DD) reste prédominante. Pour pallier les limites de l'IM-DD face à l'évolution des besoins, le secteur développe des solutions « coherent lite » adaptées aux liaisons de centres de données à courte distance.	Alors que les connexions intra-centres de données dépassent 1.6 T pour atteindre 3.2 T, la dispersion et les budgets de liaison posent un défi à l'IM-DD. Coherent Lite apparaît comme un concurrent sérieux pour les interconnexions 3.2 T à grande échelle.
Technologie Light In Light Out (OIO)	OIO est une interconnexion optique sur puce, intégrée à des puces de calcul (CPU, GPU, TPU) dans un même boîtier, pour une communication fluide dans les systèmes distribués (sur cartes, racks et rangées). Elle offre des performances comparables aux interconnexions électriques intégrées en termes de densité de bande passante, de coût énergétique et de latence. Les formes d'interconnexion incluent les optiques embarquées (OBO), les NPO, les CPO et les futurs circuits intégrés optoélectroniques (OEIC). OIO promet une densité de canaux et une bande passante par canal multipliées par plus de 100, essentielles pour l'évolution des puces de commutation vers 100T, 200T ou plus.	OIO est prêt à permettre une évolutivité sans précédent dans les réseaux à haute capacité, ouvrant la voie à la prochaine ère d'interconnexions optiques efficaces et à faible latence.

Cette voie souligne la transition vers des conceptions plus efficaces et compactes qui minimisent la latence et la consommation d'énergie, essentielles pour PCB de modules optiques dans des configurations hautes performances.

Composition des modules optiques

Modules optiques Les fibres optiques sont assemblées à partir de puces et de dispositifs optiques, puis insérées ou intégrées dans des équipements de communication optique pour assurer une connectivité externe. Dans les communications par fibre optique, elles facilitent la conversion mutuelle entre signaux électriques et optiques : conversion électro-optique à l'émetteur et conversion opto-électrique à la réception.

La structure de base d'un module optique comprend quatre éléments clés :

• PCBA (Assemblée de carte électronique):La carte de fondation qui intègre les composants électriques.
• TOSA (sous-ensemble optique d'émetteur): Gère la transmission des signaux optiques.
• ROSA (Sous-ensemble optique récepteur): Gère la réception et la conversion des signaux optiques.
• Housing: Assure une protection et une intégrité structurelle.

Ces éléments fonctionnent en harmonie pour garantir une intégrité robuste du signal, ce qui PCB de modules optiques les héros méconnus du flux de données fiable.

PCB pour modules optiques : répondre aux exigences de l'ère informatique

L'ère de l'informatique mettant l'accent sur la faible consommation d'énergie et la bande passante élevée, les exigences techniques pour PCB de modules optiques sont principalement déterminés par :

• L'emballage du module optique.
• Le taux de transmission du module optique.
• Besoins d'application spéciaux, tels que la dissipation thermique, la durabilité échangeable à chaud et les performances dans divers environnements industriels.

Le tableau suivant fournit une ventilation détaillée de la manière dont les fabricants de cartes de circuits imprimés répondent à ces exigences techniques de modules optiques, y compris des explications et des références clés pour une sélection optimale des matériaux et des processus :

Exigences techniques du module optique	Approche de l'usine de fabrication de circuits imprimés	Explication
Emballage	La méthode d'emballage du module optique dépend de la conception du client	Adapté aux spécifications du client pour une intégration transparente dans divers facteurs de forme.
Taux de transmission	En fonction des exigences du client, privilégiez les matériaux à faible densité et à faible densité de filament (DF)	Référence de connaissances Df : Caractéristiques CCL et PP du substrat : Facteur de perte Df (mesure la perte de signal dans les transmissions haute fréquence). Référence de connaissances DK : Caractéristiques CCL et PP du substrat : Constante diélectrique DK (impact sur la vitesse du signal et le contrôle de l'impédance). Le choix de matériaux à faibles pertes garantit une atténuation minimale à haute vitesse.
Besoins d'application spéciaux	En fonction des exigences du client, utiliser des technologies ou des processus spéciaux	Dissipation thermique : Procédé de blocage de cuivre intégré, obturation par pâte de cuivre/pâte d'argent, remplissage laser… Durabilité pour l'insertion/extraction : Doigts d'or (améliorant la résistance à l'usure et la connectivité électrique pour des obturations répétées). Ces procédés personnalisés atténuent les contraintes thermiques et mécaniques dans les environnements exigeants.

Conceptions courantes de circuits imprimés de modules optiques

(Remarque : le document original présente une image de cartes PCB de modules optiques courantes, provenant du Web. Visualisez un schéma mettant en évidence des cartes multicouches à haute densité avec des doigts et des vias en or.)

Ces conceptions illustrent l’ingénierie de précision requise pour produits de communication optique.

Caractéristiques typiques des circuits imprimés de modules optiques

PCB de modules optiques incorporer des régions spécialisées pour optimiser les performances :

• Conception dense:En raison des contraintes de taille et de la nécessité d'une transmission de données à haut débit, PCB de modules optiques utiliser des interconnexions multicouches et aveugles pour augmenter la densité de routage, en s'adaptant aux configurations multicanaux.
• Conception de dissipation thermique:L'augmentation des fréquences et des bandes passantes entraîne une augmentation de la production de chaleur, ce qui compromet la fiabilité et l'intégrité du signal. Des températures élevées peuvent dégrader les performances ; une gestion thermique avancée est donc nécessaire. PCB de modules optiques présente des défis de fabrication importants.

Exigences techniques clés pour les circuits imprimés de modules optiques

Pour répondre à ces demandes, PCB de modules optiques doit répondre à des spécifications strictes dans plusieurs domaines critiques :

1. Capacités de la ligne
   1. Largeur/Espacement des lignes (Largeur/Espace):Évolution du traditionnel 100/100μm avec une tolérance de ±20μm vers le 30/30μm avec une tolérance de ±10μm, voire des lignes plus fines avec des contrôles plus stricts.
   1. Tolérance d'impédance:De ±10% conventionnel à ±7%, et aussi bas que ±5%.
2. Capacités d'alignement
   1. Diamètre du via/pad laser:Progression de 100/250μm à 75/130μm, ou jusqu'à 50/110μm.
   1. Précision de l'encre de masque de soudure:Alignement de la fenêtre du masque de soudure sur le tampon de ±25 μm à ±15 μm, ou moins.
   1. Précision du contour
      1. Tolérance de contour : ±0.1 mm.
      1. Tolérance du centre du trou à trou : de ±0.075 mm à ±0.038 mm.
      1. Tolérance centre à centre : de ±0.075 mm à ±0.05 mm.
      1. Tolérance bord à doigt doré du PCB : ± 0.05 mm.
      1. Tolérance du diamètre de la fente : ± 0.05 mm.
      1. Tolérance entre la fente et le doigt en or : ± 0.1 mm.
3. Liaison par fil
   1. Taille du plot de connexion des fils: 90/90μm, avec tolérance dimensionnelle de ±15μm.
   1. Résistance à la traction du fil: ≥ 5 g, nécessitant un test de cisaillement de bille.

• Doigts d'or
  • Normes d'apparence:Exigences strictes, telles qu'aucune exposition au nickel, aucune saillie, aucune contamination ou aucune rayure, spécifiques aux spécifications du client.
  • Résistance à la corrosion:Doit réussir les tests désignés par le client, comme les tests MFG.
  • Durabilité pour l'insertion/extraction:Supporter au moins 500 cycles selon les exigences du client.

• Échangeable à chaud:Doigts d'or calibrés/segmentés sans résidu de fil, répondant aux normes de qualité.
  • Épaisseur de la planche de la zone Gold Finger:Les tolérances sont étroitement contrôlées en fonction des besoins des clients.
• Blocs de cuivre intégrés
  • Platitude: 0 à -10μm.

Ces exigences techniques soulignent pourquoi un partenariat avec des experts en PCB de modules optiques est essentiel pour les applications de pointe.

Réflexions finales : Innover pour les réseaux de demain

L'interaction entre modules optiques et leur PCB est essentiel pour soutenir la croissance des réseaux basés sur l'IA. Face à l'intensification des exigences de rapidité, d'efficacité et de fiabilité, conserver une longueur d'avance nécessite des solutions innovantes alliant performance et coût.

FiberMall est un fournisseur spécialisé de produits et solutions de communication optiques'engage à proposer des solutions économiques aux centres de données mondiaux, aux environnements cloud, aux réseaux d'entreprise, aux réseaux d'accès et aux systèmes sans fil. Réputé pour son leadership dans les réseaux de communication basés sur l'IA, FiberMall est le partenaire idéal si vous recherchez une solution de haute qualité et à forte valeur ajoutée. modules optiques et PCB.