Marvell의 Matthew Traverso씨는 OFC 2024에서 'CPO와 생태계의 발전'이라는 보고서를 발표하고, CPO 분야 주요 칩 제조사의 진전 상황을 체계적으로 정리했다. 보고서를 바탕으로 정리한 관련 정보는 다음과 같다.
AMD와 라노부스
Ranovus와 수년간 협력해 온 Xilinx는 OFC2023에서 Ranovus의 800G 직접 구동 실리콘 포토닉 엔진과 AMD의 FPGA 칩(Xilinx Versal ACAP)을 결합한 시스템을 시연했습니다. Ranovus는 수년 동안 CPO 분야에서 활동해 왔으며 주요 기술 하이라이트는 양자점 레이저, 마이크로 링 변조기 등을 사용하는 것입니다. Ranovus는 최근 MediaTek과 CPO 관련 협력을 시작했으며 최신 세대의 6.4TbpsLight를 출시했습니다. 엔진.
AMD/라노부스
브로드 컴
Broadcom은 올해 OFC에서 CPO를 갖춘 51.2T 스위치 시스템을 시연했습니다. 시스템에는 6.4개의 4T FR64 조명 엔진이 포함되어 있습니다. 단일 광학 엔진에는 100개의 PIC 및 EIC 칩 채널이 포함되어 있습니다. 드라이버/TIA는 4Gbps의 단일 채널 신호 속도로 CMOS 기술을 사용합니다. PIC는 Mux/DeMux 온칩을 통합하고 CWDMXNUMX 파장에서 작동합니다. 조명 엔진은 FOWLP 패키징 솔루션을 사용하며 TSV 솔루션은 이전에 채택되었는데 이는 주로 비용 및 수율 고려 사항 때문일 수 있습니다. Broadcom은 Tencent와 제휴하여 데이터 센터에 CPO가 포함된 네트워크 스위치를 배포했습니다.
브로드컴 CPO
시스코
Cisco는 CPO 기반 25.6TSwitch 프로토타입을 시연했습니다. 이 시스템에는 3.2개의 400T 실리콘 포토닉 엔진이 포함되어 있으며, 각 엔진은 온칩 통합 Mux/DeMux와 함께 SISCAP 유형 변조기를 사용하고 단일 채널 속도가 4Gbps인 100개의 XNUMXG-FRXNUMX 실리콘 포토닉 칩을 사용합니다.
시스코
IBM
IBM은 실리콘 포토닉스 솔루션을 채택하지 않고 대신 Finisar와 협력하여 VCSEL 기반 CPO 시스템을 개발했다는 점에서 독특합니다. 시스템에는 4개의 PD 칩과 4개의 VCSEL 칩이 포함되어 있습니다. 시스템 안정성을 고려하여 각 VCSEL은 중복 VCSEL로 구성됩니다. 단일 채널 신호 속도는 56G NRZ, 16개 채널, 총 대역폭 896Gbps입니다. 광엔진은 LGA 또는 용접을 통해 기판에 연결될 수 있습니다.
IBM
인텔
인텔은 수년 동안 실리콘 포토닉스 분야에 깊이 관여해 왔으며 이전에는 실리콘 포토닉스용 플러그형 광 트랜시버 및 마이크로 링 변조기 기술의 연구 개발에 중점을 두었습니다. 2020년부터 OCI(Optical Compute Interconnection)를 목표로 CPO 분야에 배포하기 시작했으며, 고유한 실리콘 포토닉스 프로세스 플랫폼을 사용하여 마이크로 링 변조기 기반 CPO 시스템을 개발했습니다. OFC 2024에서 회사는 최신 OCI 진행 상황을 시연했습니다. 각 PIC에는 64개의 광 채널이 있으며 단일 링크의 신호 속도는 32Gbps, 전체 신호 대역폭은 2Tbps(양방향 대역폭은 4Tbps)이며 링크 비트 오류율은 1e-12 미만입니다. 또한 인텔은 PIC 칩을 패키징하기 전에 스크리닝하여 수율을 향상시킬 수 있는 고유한 플러그형 광 커넥터를 개발하여 CPO의 대규모 대량 생산 기반을 마련했습니다.
인텔
마벨
Inphi를 인수한 후 Marvell은 광통신 및 데이터 센터 분야의 R&D 역량을 크게 강화했습니다. Marvell은 올해 OFC에서 단일 채널 신호 속도가 6.4Gbps인 3채널을 포함하는 최신 32T 200D 패키지 실리콘 포토닉 엔진을 출시했습니다.
마벨
엔비디아
엔비디아는 GPU 분야의 선두주자로서 실리콘 포토닉스 CPO 기술도 개발해왔다. 엔비디아는 2020GTC 컨퍼런스에서 CPO를 통해 GPU와 스위치 칩을 상호 연결하는 시스템 아키텍처 다이어그램을 시연했습니다. 또한 Nvidia는 TSMC, Ayar Labs 및 기타 회사와 협력하여 CPO 기술을 개발하고 있습니다.
실리콘 포토닉스 CPO 기술
TSMC
TSMC는 2017년부터 Luxtera와 협력을 시작하여 12nm 노드에서 65인치 실리콘 포토닉스 프로세스 플랫폼을 개발했습니다. 그런 다음 고급 패키징을 도입하고 COUPE 1.0/2.0 플랫폼을 출시했습니다. TSMC는 최근 CPO 분야 로드맵을 발표했는데, 여기에는 6.4년까지 2025Tbps 광 엔진을 달성하고 XPU 상호 연결에 사용되는 12.8Tbps 광 엔진을 추가로 개발하겠다는 계획이 포함되어 있습니다.
12인치 실리콘 포토닉스 플랫폼
위의 주요 제조사들의 CPO 기술을 정리하면 다음과 같다. 현재 Broadcom을 제외한 다른 회사의 솔루션은 엄밀히 말하면 CPO가 아니라 NPO에 가깝습니다. 그들이 사용하는 광학 엔진은 어느 정도 교체가 가능한 전기 소켓을 통해 기판에 연결됩니다. 또한 대부분의 제조업체는 내부 고전력 칩 열 방출이 레이저 성능에 미치는 영향을 피하기 위해 외부 광원 솔루션을 선택했습니다.
시연 요약
CPO 기술의 주요 원동력은 에너지 소비 감소입니다. 광학 엔진이 ASIC 칩과 매우 가깝기 때문에 링크 손실이 줄어들고, 둘 사이의 신호를 보상하기 위한 리타이머 칩이 필요하지 않아 에너지 소비가 약 30% 감소합니다. 또한 CPO 기술은 시스템의 대역폭 밀도도 향상시킵니다.
레이저로 접근한 리타이밍 비교
CPO 기술과 비즈니스 모델에 대한 의구심은 늘 존재해 왔습니다. 다음 그림은 Andy와 Arista의 PPT에서 가져온 것입니다. 기존의 플러그형 광트랜시버와 비교하여 CPO 기술의 연구 및 개발에는 주요 스위치/XPU 제조업체와의 심층적인 협력이 필요합니다. 발언권은 주로 스위치 제조사에 있기 때문에 중소기업에는 그리 우호적이지 않습니다. 게다가 CPO 모듈은 오랫동안 신뢰성, 테스트성, 교체성 측면에서 비판을 받아왔는데, 이는 해결해야 할 과제이다. ASIC 칩은 CPO 라이트 엔진과 함께 패키징되기 때문에 ASIC 칩의 가격은 매우 비쌉니다. CPO 조명 엔진이 고장 나면 어떻게 신속하게 수리하거나 교체할 수 있습니까? 광전자 칩을 함께 밀봉하면 시스템 열 방출에도 문제가 발생합니다. 첨단 패키징 기술(TSV, FOWLP 등)의 도입으로 인해 R&D 비용이 증가하고 개발 주기가 길어지는 동시에 수율에도 어려움을 겪었습니다.
CPO가 해결하지 못하는 문제
CPO 기술은 업계 핫스팟으로 업계의 폭넓은 주목을 받고 있으며, 주요 제조사들도 이에 대한 계획을 세우고 있다. 그것과 플러그형 광트랜시버 사이의 논쟁은 단기적으로 계속될 것입니다. AI 광 상호 연결을 배경으로 업계는 광 트랜시버의 신뢰성에 대해 더욱 엄격한 요구 사항을 가질 수 있습니다. CPO 기술은 전력 소비와 대역폭 밀도 측면에서 장점이 있지만, 상업적으로 널리 사용될 수 있는지, 플러그형 광트랜시버의 위치를 뒤흔들 수 있는지 여부는 아직 논의되지 않은 상태입니다. 이에 비해 광학 IO 기술은 플러그형 광 트랜시버의 시장 점유율을 빼앗지 않습니다. 전력 소비 및 대역폭 측면에서 기존 전기 IO의 문제를 해결할 수 있으므로 홍보가 더 원활해질 수 있습니다.