Matthew Traverso de Marvell a présenté un rapport intitulé « Avancement du CPO et de l'écosystème » et a systématiquement trié les progrès des principaux fabricants de puces dans le domaine du CPO à l'OFC 2024. Voici les informations pertinentes compilées sur la base du rapport.
AMD et Ranovus
Xilinx, qui travaille avec Ranovus depuis de nombreuses années, a présenté à l'OFC2023 un système combinant le moteur photonique au silicium à entraînement direct 800G de Ranovus avec la puce FPGA d'AMD (Xilinx Versal ACAP). Ranovus opère dans le domaine du CPO depuis de nombreuses années, dont les principaux points forts techniques sont l'utilisation de lasers à points quantiques, de modulateurs à micro-anneaux, etc. Ranovus a également récemment entamé une coopération liée au CPO avec MediaTek et a lancé sa dernière génération de 6.4 TbpsLight. Moteur.
DMLA/Ranovus
Broadcom
Broadcom a présenté cette année un système de commutation 51.2T avec CPO à l'OFC. Le système contient huit moteurs légers 6.4T FR4. Un seul moteur optique contient 64 canaux de puces PIC et EIC. Le pilote/TIA utilise la technologie CMOS avec un débit de signal monocanal de 100 Gbit/s. Le PIC intègre Mux/DeMux sur puce et fonctionne à la longueur d'onde CWDM4. Le moteur léger utilise la solution de conditionnement FOWLP, la solution TSV ayant été précédemment adoptée, ce qui peut être principalement dû à des considérations de coût et de rendement. Broadcom s'est associé à Tencent pour déployer des commutateurs réseau avec CPO dans ses centres de données.
Directeur des achats de Broadcom
Cisco
Cisco a présenté son prototype 25.6TSwitch basé sur CPO. Le système contient huit moteurs photoniques au silicium 3.2T, chacun utilisant huit puces photoniques au silicium 400G-FR4, avec un débit de canal unique de 100 Gbit/s, utilisant un modulateur de type SISCAP, avec Mux/DeMux intégré sur puce.
Cisco
IBM
IBM est unique en ce sens qu'il n'a pas adopté de solution photonique sur silicium, mais a plutôt travaillé avec Finisar pour développer un système CPO basé sur VCSEL. Le système contient 4 puces PD et 4 puces VCSEL. Pour des raisons de fiabilité du système, chaque VCSEL est configuré avec un VCSEL redondant. Le débit du signal à canal unique est de 56G NRZ, avec 16 canaux, avec une bande passante totale de 896 Gbit/s. Le moteur lumineux peut être connecté au substrat par LGA ou par soudage.
IBM
Intel
Intel est profondément impliqué dans le domaine de la photonique sur silicium depuis de nombreuses années et s'est auparavant concentré sur la recherche et le développement d'émetteurs-récepteurs optiques enfichables et de technologies de modulateurs à micro-anneaux pour la photonique sur silicium. Depuis 2020, elle a commencé à se déployer dans le domaine CPO, en ciblant l'interconnexion optique de calcul (OCI) et en utilisant sa plate-forme unique de processus photonique sur silicium pour développer un système CPO basé sur des modulateurs à micro-anneaux. Lors de l'OFC 2024, la société a démontré ses dernières avancées en matière d'OCI. Chaque PIC dispose de 64 canaux optiques, le débit du signal d'une seule liaison est de 32 Gbit/s, la bande passante globale du signal est de 2 Tbit/s (la bande passante bidirectionnelle est de 4 Tbit/s) et le taux d'erreur binaire de la liaison est inférieur à 1e-12. En outre, Intel a développé un connecteur optique enfichable unique, capable de filtrer les puces PIC avant leur emballage afin d'améliorer le rendement, jetant ainsi les bases d'une production de masse à grande échelle de CPO.
Intel
Marvell
Après l'acquisition d'Inphi, Marvell a considérablement renforcé ses capacités de R&D dans les domaines des communications optiques et des centres de données. Marvell a lancé cette année le dernier moteur photonique au silicium 6.4D 3T à l'OFC, comprenant 32 canaux, avec un débit de signal à canal unique de 200 Gbit/s.
Marvell
Nvidia
En tant que leader dans le domaine des GPU, Nvidia a également développé la technologie CPO photonique sur silicium. Lors de la conférence 2020GTC, Nvidia a présenté un schéma d'architecture système qui interconnecte les puces GPU et Switch via CPO. En outre, Nvidia travaille également avec TSMC, Ayar Labs et d'autres sociétés pour développer la technologie CPO.
Technologie CPO photonique sur silicium
TSMC
TSMC a commencé à coopérer avec Luxtera en 2017 et a développé une plate-forme de processus photonique sur silicium de 12 pouces sur un nœud de 65 nm. Elle a ensuite introduit un packaging avancé et lancé la plateforme COUPE 1.0/2.0. TSMC a récemment publié sa feuille de route dans le domaine du CPO, qui comprend le plan visant à atteindre un moteur léger de 6.4 Tbps d'ici 2025 et à développer davantage le moteur optique de 12.8 Tbps, utilisé pour l'interconnexion XPU.
Plateforme photonique sur silicium de 12 pouces
Le tableau suivant résume les technologies CPO des principaux fabricants mentionnés ci-dessus. Actuellement, à l'exception de Broadcom, les solutions des autres sociétés ne sont pas strictement CPO, mais plutôt NPO. Les moteurs optiques qu'ils utilisent sont connectés au substrat via une prise électrique, avec un certain degré de remplaçabilité. De plus, la plupart des fabricants ont choisi la solution d'une source de lumière externe pour éviter l'influence de la dissipation thermique interne de la puce haute puissance sur les performances du laser.
Résumé des manifestations
Le principal moteur de la technologie CPO est la réduction de la consommation d’énergie. Le moteur optique étant très proche de la puce ASIC, la perte de liaison est réduite et il n'est pas nécessaire de recourir à une puce de resynchronisation pour compenser le signal entre les deux, ce qui entraîne une réduction d'environ 30 % de sa consommation d'énergie. De plus, la technologie CPO améliore également la densité de bande passante du système.
Comparaison du resynchronisation abordée avec le laser
Des doutes sur la technologie CPO et le modèle économique ont toujours existé. La figure suivante est tirée du PPT d'Andy avec Arista. Par rapport aux émetteurs-récepteurs optiques enfichables traditionnels, la recherche et le développement de la technologie CPO nécessitent une coopération approfondie avec les principaux fabricants de commutateurs/XPU. Le droit de parole appartient principalement aux fabricants d'interrupteurs, ce qui n'est pas très favorable aux petites entreprises. En outre, le module CPO a été critiqué pendant longtemps pour sa fiabilité, sa testabilité et sa remplaçabilité, qui doivent être résolus. Étant donné que la puce ASIC est emballée avec le moteur léger CPO, le prix de la puce ASIC est très élevé. Une fois que le moteur léger CPO tombe en panne, comment peut-il être réparé ou remplacé rapidement ? Le scellement des puces optoélectroniques pose également des problèmes de dissipation thermique du système. L'introduction de technologies d'emballage avancées (TSV, FOWLP, etc.) a, d'une part, augmenté les coûts de R&D et prolongé les cycles de développement, et d'autre part, a également posé des problèmes de rendement.
Les problèmes que CPO ne résout pas
En tant que point chaud de l'industrie, la technologie CPO a reçu une large attention de la part de l'industrie, et les principaux fabricants élaborent également leurs plans. Le débat entre celui-ci et l’émetteur-récepteur optique enfichable se poursuivra à court terme. Dans le contexte de l’interconnexion optique de l’IA, l’industrie peut avoir des exigences plus strictes en matière de fiabilité des émetteurs-récepteurs optiques. Bien que la technologie CPO présente des avantages en termes de consommation d'énergie et de densité de bande passante, il reste à déterminer si elle peut être largement utilisée commercialement et ébranler la position des émetteurs-récepteurs optiques enfichables. En comparaison, la technologie Optical IO ne supprimera pas la part de marché des émetteurs-récepteurs optiques enfichables. Il peut résoudre les problèmes des E/S électriques traditionnelles en termes de consommation d'énergie et de bande passante, sa promotion peut donc être plus fluide.