OCP 2025: A FiberMall apresenta avanços em tecnologias DSP, LPO/LRO e CPO de 1.6T e superiores.

O rápido avanço da inteligência artificial (IA) e do aprendizado de máquina está impulsionando uma demanda urgente por maior largura de banda em data centers. Na OCP 2025, a FiberMall realizou diversas apresentações destacando seu progresso em DSPs de transceptores para aplicações de IA, bem como em tecnologias LPO (Linear Pluggable Optics), LRO (Linear Receive Optics) e CPO (Co-Packaged Optics). As discussões se concentraram em métricas de desempenho, incluindo consumo de energia, eficiência energética e desempenho óptico.

A FiberMall ofereceu suporte abrangente para conectores ópticos e componentes de fibra em arquiteturas CPO, incluindo motores ópticos (OE) CPO/NPO, módulos ELSFP, conectores ópticos, painéis, soluções de placa intermediária e diversas montagens de fibra. Além disso, a empresa está pesquisando duas possíveis soluções para 400 Gbps por canal: as tecnologias InP-EML e Niobato de Lítio de Filme Fino (TFLN). No geral, o conteúdo apresentado foi completo e informativo.

A crescente demanda por largura de banda e eficiência energética em data centers de IA

A evolução da IA ​​e do aprendizado de máquina está acelerando a necessidade de maior largura de banda, com 224 Gbps por canal emergindo como um parâmetro crítico. Enquanto isso, o consumo global de energia em data centers está aumentando significativamente. Os volumes de vendas de transceptores Ethernet categorizados por velocidade, juntamente com as projeções de consumo de energia para diversos equipamentos de 2020 a 2030, reforçam a necessidade imperativa de maior eficiência energética.

Para lidar com o crescente poder computacional e o tráfego de dados, aumentar a largura de banda e, ao mesmo tempo, alcançar uma eficiência energética superior tornou-se um desafio fundamental no projeto e operação de centros de dados.

Soluções ópticas para interconexões de IA: DSP, LPO e LRO

Os esquemas ópticos em interconexões de IA podem ser classificados principalmente nas seguintes categorias:

1. Módulos DSP plugáveis ​​com equalização completaEsses sistemas oferecem integridade de sinal robusta e versatilidade em diversos ambientes operacionais. Apresentam recursos avançados de diagnóstico e monitoramento, além de interoperabilidade comprovada entre vários fornecedores, garantindo confiabilidade em implantações de grande escala. No entanto, o processamento DSP acarreta maior consumo de energia e aumento da latência.
2. LPO (Óptica Linear Plugável)Ao eliminar o processamento DSP, o LPO atinge o menor consumo de energia do módulo, o design mais simples e as temperaturas operacionais mais baixas, proporcionando máxima eficiência e latência mínima. As funções de monitoramento são limitadas, exigindo um projeto de enlace mais rigoroso para garantir o desempenho. De acordo com as especificações LPO MSA, a interoperabilidade entre múltiplos fornecedores é suportada.
3. LRO (Óptica de Recepção Linear)Essa abordagem equilibra o consumo de energia e a robustez. Comparada a soluções DSP completas, a LRO reduz significativamente o consumo de energia e a latência (embora seja maior que a LPO), ao mesmo tempo que oferece recursos de monitoramento moderados e confiabilidade superior à LPO pura. O ecossistema está amadurecendo, com viabilidade comprovada em sistemas de 1.6T.

Essas três opções ópticas plugáveis ​​oferecem vantagens distintas, permitindo a seleção direcionada com base nos requisitos do sistema de IA em relação à potência, distância de transmissão e largura de banda, para otimizar o desempenho da interconexão.

Além disso, a co-embalagem de dispositivos ópticos com chips ASIC reduz substancialmente as perdas de interconexão e aumenta drasticamente a largura de banda. O emprego de métodos de acionamento ASIC linear/direto diminui o consumo de energia e reduz a latência de resposta. No entanto, essa abordagem altamente integrada introduz novos desafios em termos de manutenção, confiabilidade e processos de fabricação, exigindo considerações simultâneas no projeto e na produção.

Análise detalhada do consumo de energia em aceleradores de IA

Na composição de energia dos aceleradores de IA, os módulos ópticos representam a maior parcela, com aproximadamente 49%, seguidos pelos ASICs com 28%, ventiladores com 10% e ASIC SerDes com 13%.

Para um cluster de 400,000 GPUs GB300, as comparações de consumo de energia entre os diferentes tipos de módulos ópticos mostram:

• Módulos baseados em DSP: 492 MW no total
• LPO: Redução de 2% para 480 MW
• CPO: Redução adicional de 10%, para 434 MW

Por meio da alocação precisa de energia para componentes essenciais e melhorias contínuas na eficiência energética, os sistemas de IA em larga escala podem alcançar uma utilização de energia significativamente melhor.

Os DSPs fabricados em processos de 3 nm demonstram reduções substanciais no consumo de energia em comparação com as versões de 5 nm, mantendo um excelente desempenho. A integração das tecnologias LRO e LPO reduz ainda mais o consumo de energia, proporcionando uma eficiência excepcional para computação de IA escalável.

Métricas de desempenho: Potência e eficiência energética

Em uma plataforma 800G DR8:

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

Em uma plataforma 1600G 2×DR4:

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

Esses dados ilustram que, embora a potência aumente com a largura de banda, a eficiência energética melhora de forma variável, com o LPO apresentando as vantagens mais acentuadas em cenários de alta largura de banda.

O LRO demonstra excelente desempenho nas configurações de 1.6 Tb/s OSFP224 2×DR4 e 1.6 Tb/s OSFP224 3 nm DSP+DR8. As medições da Taxa de Erro de Bit (BER) em todos os 8 canais ficaram muito abaixo de 1e-4, confirmando a integridade do sinal em nível de produção.

A análise de potência e temperatura, baseada em 2,200 pontos de dados de módulos 800G DR8, coletados com velocidades de ventoinha de 50%, 75% e 100%, revela que a tecnologia LPO reduz significativamente as necessidades energéticas do sistema de refrigeração. Comparada aos transceptores DSP tradicionais, a LPO diminui as temperaturas de dissipação de calor em aproximadamente 15 °C sob condições idênticas, possibilitando maior eficiência energética e melhor gerenciamento térmico.

Os testes iniciais do OSFP224 DR8 LPO de 1.6 Tbit/s indicam prontidão para aplicações Ethernet LPO de 1.6T de próxima geração. Validações rigorosas confirmam que o módulo atende ou supera as metas de projeto em transmissão de alta velocidade, BER e controle de energia, reafirmando a confiabilidade e a escalabilidade para links Ethernet de ultra-alta capacidade.

A FiberMall concluiu a validação de ponta a ponta do OSFP224 2×DR4 de 1.6 Tb/s, com todos os canais apresentando BER significativamente abaixo das especificações, o que indica estar pronta para implantação em larga escala.

A FiberMall está expandindo o suporte a OSFP224 de 1.6 Tbps para links 2×VR4 (curto alcance) e 2×FR4 (médio alcance). Uma análise detalhada do diagrama de olho demonstra maturidade inicial do projeto e alta estabilidade do link, visando cobertura abrangente desde clusters de computação de IA de curto alcance até interconexões spine-leaf de longo alcance.

Suporte abrangente para arquiteturas de CPO

No âmbito dos contratos CPO, a FiberMall oferece suporte completo para conectores ópticos e componentes de fibra, incluindo CPO/NPO OE, ELSFP, conectores ópticos, painéis, soluções de placa intermediária e diversos conjuntos de fibra, garantindo alta confiabilidade e desempenho superior.

A FiberMall também oferece soluções avançadas de conectividade e gerenciamento de fibra óptica. Os projetos Midboard utilizam conectores de ponteira cônica MT para interconexões multifibra, simplificando o gerenciamento interno de fibras do switch, reduzindo os riscos de quebra e aumentando a flexibilidade de roteamento.

Os painéis frontais suportam interfaces MPO tradicionais, além de opções de formato muito pequeno (VSFF), como MMC e SNMT, para aplicações de alta densidade.

Na gestão de fibras:

• Roteamento de fibra óptica sem cruzamento, com designs compactos pré-moldados em formato de cassete para fácil instalação e manutenção.
• Soluções inovadoras para cruzamento/mistura:
  • Roteamento flexível de placas 2DCabeamento automatizado, empilhamento compacto em múltiplas camadas para roteamento complexo em espaços limitados, com designs modulares pré-moldados para montagem e manutenção rápidas.
  • Roteamento de matriz 3DCabeamento de fibra óptica confiável, de alto desempenho e sem emendas.

Os motores ópticos CPO/NPO da FiberMall integram transceptores fotônicos de silício para E/S óptica de ultra-alta densidade. As especificações iniciais visam 3.2T (32 × 100 Gbps), com escalabilidade perfeita para 6.4T (32 × 200 Gbps). As dimensões seguem os padrões OIF, com interfaces elétricas baseadas em especificações OIF aprimoradas para ampla compatibilidade. A terminação de fibra utiliza pigtails MPO, personalizáveis ​​para cada aplicação. O sistema aproveita a plataforma de encapsulamento flip-chip 2.5D/3D da FiberMall para encapsulamento confiável de alta densidade e excelente desempenho térmico.

No estande da FiberMall, foi demonstrado um módulo ELSFP com potência de saída de 25 dBm:

1. Versão OIF (Amostra Beta)Compatível com o formato OIF ELSFP, apresentando interfaces ópticas/elétricas universais e portas MT duplas; arquitetura DR na banda de 1310 nm com 4/8 canais (1304.5–1317.5 nm), SMSR ≥ 40 dB, RIN ≤ -147 dB/Hz, PER até 16 dB; disponível nas classes de potência VHP, UHP e SHP.
2. Versão personalizada (em desenvolvimento)Suporta formatos personalizados e aplicações de passagem, compatível com esquemas WDM de múltiplos comprimentos de onda.

Essa solução oferece alto desempenho de potência, ampla largura de banda e baixo ruído para interconexões de alta velocidade exigentes e transmissão em múltiplos comprimentos de onda.

Os projetos de caminho óptico priorizam alta eficiência de acoplamento, excelente PER (relação de tamanho de partícula) e perda de retorno mínima. Os projetos de PCB (placa de circuito impresso) focam na eficiência de conversão de energia e ruído ultrabaixo. Os projetos térmicos reduzem a resistência térmica entre o laser e a carcaça, melhorando a dissipação de calor e garantindo confiabilidade a longo prazo.

Caminhos para 400 Gbps por canal e além

Na busca por taxas de 400 Gbps por canal e superiores, a pesquisa da FiberMall se concentra em avanços em dois dispositivos optoeletrônicos essenciais:

• InP-EAM: Alcançando uma largura de banda de aproximadamente 120 GHz a 3 dB.
• Moduladores TFLN baseados em silício: Baixa perda (~0.2 dB/cm) e perda de acoplamento (~1 dB/facet), largura de banda de 3 dB de ~115 GHz, taxa de extinção de 4.5 dB com acionamento de 0.8 Vpp.

Esses avanços aprimoram a eficiência e a integridade do sinal nas interconexões ópticas ultrarrápidas de próxima geração.

Perspectivas de mercado para CPO e lasers de alta potência

O consenso da indústria sugere a implantação de CPO no horizonte temporal “N+2”, onde “N” representa o ano atual. Consequentemente, prevê-se que as remessas de portas CPO (400G, 800G, 1.6T, 3.2T) cresçam rapidamente, atingindo um tamanho de mercado total de aproximadamente US$ 5.4 bilhões até 2030.

A demanda por chips laser CPO aumentará concomitantemente, com um tamanho de mercado estimado em cerca de US$ 650 milhões em 2030. Espera-se que os chips de alta potência (>500 mW) dominem mais de 80% do mercado, tornando-se essenciais para interconexões ópticas de alta capacidade.

Conclusão: Viabilizando uma infraestrutura de IA escalável e com eficiência energética

Na era da expansão da capacidade computacional da IA, as restrições de largura de banda e energia são os principais gargalos. Para alcançar maior taxa de transferência dentro de orçamentos de energia rigorosos, o escalonamento de clusters de IA depende de soluções de transmissão mais eficientes.

As opções atuais de transceptores — DSP, LPO, LRO e CPO — oferecem diferentes vantagens e desvantagens em termos de distância, eficiência e integração. O LPO atingiu a maturidade em 800 Gbps e 1.6 Tbps, proporcionando economia substancial de energia e, ao mesmo tempo, atendendo às metas de desempenho. Os sistemas CPO, que incluem motores ópticos, fontes de laser externas e componentes de fibra, estão se aproximando da maturidade para adoção em larga escala.

Em conjunto, DSP, óptica linear e CPO formam uma base escalável e energeticamente eficiente para a infraestrutura de IA, suportando as futuras demandas por maior poder computacional.