Les émetteurs-récepteurs optiques surmontent la chaleur

Le développement rapide de l'IA et des grands modèles linguistiques a entraîné une forte demande d'émetteurs-récepteurs optiques haut débit dans les centres de données et les clusters d'IA. Les débits des émetteurs-récepteurs optiques s'échelonnent de 100 Gbit/s (pour les applications d'entrée de gamme dans les centres de données) à 400 Gbit/s (largement utilisés dans les clusters d'IA actuels). 800 Gbps (privilégié pour les applications à forte demande), jusqu'à plus de 1.6 Tbit/s (prenant en charge les charges de travail d'IA de nouvelle génération), une gestion thermique efficace est essentielle pour garantir les performances, la fiabilité et l'efficacité énergétique.

À mesure que la distance de transmission augmente, la stabilité thermique de l'émetteur-récepteur devient essentielle. Les émetteurs-récepteurs optiques, en particulier ceux longue distance, nécessitent un contrôle précis de la température pour maintenir la stabilité et les performances du laser.

Les émetteurs-récepteurs optiques utilisent des diodes laser pour la transmission des données. Ces lasers sont sensibles aux variations de température, ce qui peut entraîner une dégradation du signal et une baisse de fiabilité. Les fabricants d'émetteurs-récepteurs optiques sont confrontés à plusieurs défis thermiques liés aux activités actuelles de l'IA et des centres de données :

• Les besoins en énergie des émetteurs-récepteurs continuent d'augmenter

• émetteur-récepteur la taille est limitée

• émetteur-récepteur approches de la limite thermique

• Le budget du rapport signal/bruit continue de se resserrer à mesure que la vitesse augmente de 400G à 3.2T

• Le refroidissement et la stabilité de la température sont nécessaires

• Tous les composants doivent économiser de l'énergie

Un contrôle thermique précis est essentiel pour maintenir des performances optimales de la diode laser et de l’ensemble de l’émetteur-récepteur optique.

Les performances d'une diode laser sont affectées par divers facteurs, notamment la température, le courant et la puissance optique. Les variations de température peuvent affecter les caractéristiques électriques et optiques d'une diode laser, ainsi que ses performances et sa durée de vie. En dehors de sa plage de fonctionnement maximale, les performances se dégradent en raison d'une résistance thermique accrue et d'un gain de courant réduit. Parallèlement, des températures élevées peuvent modifier la longueur d'onde des diodes laser, affectant ainsi leurs performances et leur fiabilité.

Les variations de longueur d’onde peuvent provoquer une diaphonie grave, voire une défaillance de la diode laser.

Par exemple, les diodes laser DFB émettent généralement de la lumière à une longueur d'onde d'environ 1260 1650 à 0.1 XNUMX nm. Une augmentation de la température entraîne un décalage de la longueur d'onde maximale d'environ XNUMX nm/°C. Les TEC assurent une stabilité thermique fiable en dissipant efficacement la chaleur et en maintenant un environnement thermique stable. Cela améliore l'intégrité du signal et prolonge la durée de vie de l'émetteur-récepteur optique.

Un autre problème lié aux fluctuations de température est la diaphonie. On la retrouve sur les liaisons de communication longue distance et celles nécessitant une bande passante élevée. Les centres de données hyperscale sont un exemple où les émetteurs-récepteurs optiques utilisent le multiplexage par répartition en longueur d'onde pour augmenter le débit des données dans les fibres optiques en combinant plusieurs flux de données en parallèle.

Les progrès de la technologie des diodes laser nécessitent également des solutions de gestion thermique plus performantes. À mesure que le débit de données et la distance entre les points de connexion augmentent, les diodes laser génèrent davantage de chaleur. Les boîtiers de diodes laser nécessitent donc des capacités de pompage thermique plus élevées pour évacuer la chaleur des composants électroniques sensibles et la faire sortir du boîtier.

Pour évacuer la chaleur, des micro-TEC dotés de facteurs de remplissage plus élevés et de profils plus fins sont nécessaires pour améliorer l'efficacité et maintenir un contrôle précis de la longueur d'onde et une stabilité de la température. L'utilisation des micro-TEC s'explique par ses nombreux avantages :

• Taille plus petite

• Réagissez plus efficacement aux changements de température

• Améliorer les performances et la fiabilité des diodes laser

• Fabrication rentable

• Convient pour la production de masse

• Réduire la consommation d'énergie

De nouveaux matériaux thermoélectriques et des procédés de fabrication de haute précision ont permis le développement de micro-TEC aux formats plus compacts. Cela permet de fabriquer des diodes laser plus compactes sans compromettre leur stabilité thermique. Elles réagissent également plus efficacement aux variations de température, un atout majeur pour les systèmes de communication optique. Un rendement accru améliore les performances et la fiabilité des diodes laser, permettant ainsi des débits de transmission de données plus élevés. De plus, la fabrication à haut débit et à faible coût des micro-TEC contribue à réduire le coût global des systèmes à diodes laser.

Les micro-TEC, comme la nouvelle série OptoTEC MBX de Laird, sont spécialement conçus pour la stabilisation de la température des diodes laser (voir figure 2). Ultra-compacte, la série MBX répond aux exigences des applications modernes de diodes laser, avec une taille plus compacte, une consommation énergétique réduite, une fiabilité accrue et une production de masse à moindre coût. Ces facteurs peuvent améliorer les performances et prolonger la fiabilité des diodes laser, favorisant ainsi l'innovation dans les applications de télécommunications de nouvelle génération.

Série OptoTEC MBX

À mesure que les émetteurs-récepteurs optiques évoluent, les fournisseurs de TEC conçoivent des modules plus petits, plus fins et plus ajustés pour s'adapter à ces géométries compactes sans sacrifier les performances (voir ci-dessous).

Exemple d'application : TEC émetteurs-récepteurs 800 g

Les principales considérations de conception pour les micro-TEC comprennent :

• Capacité de refroidissement suffisante

• Peut gérer un émetteur-récepteur optique allant de 1 à 3 W

• Format compact

• S'intègre dans les modules émetteurs-récepteurs tout en offrant un refroidissement efficace

La fabrication en grande série simplifie les processus de fabrication et d’assemblage évolutifs, contribuant ainsi à réduire les coûts de production et à augmenter les rendements, garantissant ainsi que les TEC peuvent être produits de manière fiable et économique pour un déploiement à grande échelle.

Alors que l'intelligence artificielle continue de stimuler la demande pour une transmission de données plus rapide et plus efficace, le marché des émetteurs-récepteurs optiques devrait poursuivre sa croissance et son innovation. Les solutions de refroidissement thermoélectrique personnalisées joueront un rôle essentiel dans l'évolution rapide des environnements technologiques de l'IA et des centres de données, garantissant la performance et la fiabilité de ces composants critiques.