Matthew Traverso, da Marvell, apresentou um relatório intitulado “Avanço em CPO e Ecossistema” e classificou sistematicamente o progresso dos principais fabricantes de chips na área de CPO no OFC 2024. A seguir estão informações relevantes compiladas com base no relatório.
DMRI e Ranovus
A Xilinx, trabalhando com a Ranovus por muitos anos, demonstrou um sistema no OFC2023 que combina o motor fotônico de silício de acionamento direto 800G da Ranovus com o chip FPGA da AMD (Xilinx Versal ACAP). A Ranovus atua na área de CPO há muitos anos, cujos principais destaques técnicos são o uso de lasers de pontos quânticos, moduladores de micro-anel, etc. A Ranovus também iniciou recentemente uma cooperação relacionada a CPO com a MediaTek e lançou sua última geração de 6.4TbpsLight Motor.
DMRI/Ranovus
Broadcom
A Broadcom demonstrou um sistema de switch 51.2T com CPO na OFC este ano. O sistema contém oito motores leves 6.4T FR4. Um único mecanismo óptico contém 64 canais de chips PIC e EIC. O driver/TIA usa tecnologia CMOS com uma taxa de sinal de canal único de 100 Gbps. O PIC integra Mux/DeMux no chip e opera no comprimento de onda CWDM4. O motor leve utiliza solução de embalagem FOWLP, a solução TSV foi adotada anteriormente, o que pode ser principalmente devido a considerações de custo e rendimento. A Broadcom fez parceria com a Tencent para implantar switches de rede com CPO em seus data centers.
CPO da Broadcom
Cisco
A Cisco demonstrou seu protótipo 25.6TSwitch baseado em CPO. O sistema contém oito motores fotônicos de silício 3.2T, cada um dos quais utiliza oito chips fotônicos de silício 400G-FR4, com taxa de canal único de 100 Gbps, usando modulador tipo SISCAP, com Mux/DeMux integrado no chip.
Cisco
IBM
A IBM é a única que não adotou uma solução fotônica de silício, mas, em vez disso, trabalhou com a Finisar para desenvolver um sistema CPO baseado em VCSEL. O sistema contém 4 chips PD e 4 chips VCSEL. Para considerações de confiabilidade do sistema, cada VCSEL é configurado com um VCSEL redundante. A taxa de sinal de canal único é de 56G NRZ, com 16 canais, com largura de banda total de 896Gbps. O motor leve pode ser conectado ao substrato por LGA ou soldagem.
IBM
Intel
A Intel está profundamente envolvida no campo da fotônica de silício há muitos anos e anteriormente se concentrou na pesquisa e desenvolvimento de transceptores ópticos conectáveis e tecnologia de modulador de micro-anel para fotônica de silício. Desde 2020, começou a implantar-se no campo CPO, visando a Interconexão Óptica de Computação (OCI) e usando sua plataforma exclusiva de processo fotônico de silício para desenvolver um sistema CPO baseado em moduladores de micro-anel. Na OFC 2024, a empresa demonstrou seu mais recente progresso em OCI. Cada PIC possui 64 canais ópticos, a taxa de sinal de um único link é de 32 Gbps, a largura de banda geral do sinal é de 2 Tbps (a largura de banda bidirecional é de 4 Tbps) e a taxa de erro de bit do link é inferior a 1e-12. Além disso, a Intel desenvolveu um conector óptico conectável exclusivo, que pode filtrar chips PIC antes de embalá-los para melhorar o rendimento, estabelecendo as bases para a produção em massa de CPO em larga escala.
Intel
Marvell
Após adquirir a Inphi, a Marvell aprimorou bastante suas capacidades de P&D nas áreas de comunicações ópticas e data centers. A Marvell lançou o mais recente mecanismo fotônico de silício 6.4D 3T na OFC este ano, incluindo 32 canais, com uma taxa de sinal de canal único de 200 Gbps.
Marvell
Nvidia
Como líder no campo de GPU, a Nvidia também vem desenvolvendo a tecnologia CPO fotônica de silício. Na conferência 2020GTC, a Nvidia demonstrou um diagrama de arquitetura de sistema que interconecta GPU e chips Switch por meio de CPO. Além disso, a Nvidia também está trabalhando com TSMC, Ayar Labs e outras empresas para desenvolver tecnologia CPO.
Tecnologia CPO da Silicon Photonics
TSMC
A TSMC começou a cooperar com a Luxtera em 2017 e desenvolveu uma plataforma de processo fotônico de silício de 12 polegadas em um nó de 65 nm. Em seguida, introduziu embalagens avançadas e lançou a plataforma COUPE 1.0/2.0. A TSMC lançou recentemente seu roteiro na área de CPO, que inclui o plano para atingir o mecanismo leve de 6.4 Tbps até 2025 e desenvolver ainda mais o mecanismo óptico de 12.8 Tbps, usado para interconexão XPU.
Plataforma fotônica de silício de 12 polegadas
A tabela a seguir resume as tecnologias CPO dos principais fabricantes mencionados acima. Atualmente, com exceção da Broadcom, as soluções de outras empresas não são estritamente CPO, mas mais parecidas com NPO. Os motores ópticos que utilizam são conectados ao substrato por meio de uma tomada elétrica, com certo grau de substituibilidade. Além disso, a maioria dos fabricantes escolheu a solução de fonte de luz externa para evitar a influência da dissipação de calor interna do chip de alta potência no desempenho do laser.
Resumo das demonstrações
A principal força motriz da tecnologia CPO é a redução do consumo de energia. Como o motor óptico está muito próximo do chip ASIC, a perda do link é reduzida e não há necessidade de um chip retimer para compensar o sinal entre os dois, o que leva a uma redução de cerca de 30% no seu consumo de energia. Além disso, a tecnologia CPO também melhora a densidade da largura de banda do sistema.
Comparação do retiming abordado com laser
Dúvidas sobre a tecnologia e modelo de negócio do CPO sempre existiram. A figura a seguir é do PPT de Andy com Arista. Em comparação com o transceptor óptico conectável tradicional, a pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia CPO requerem uma cooperação profunda com os principais fabricantes de Switch/XPU. O direito de falar está principalmente nos fabricantes de switches, o que não é muito amigável para as pequenas empresas. Além disso, o módulo CPO tem sido criticado por sua confiabilidade, testabilidade e substituibilidade há muito tempo, o que precisa ser resolvido. Como o chip ASIC é embalado junto com o mecanismo leve CPO, o preço do chip ASIC é muito caro. Uma vez que o motor leve CPO falha, como ele pode ser reparado ou substituído rapidamente? A vedação de chips optoeletrônicos também representa desafios para a dissipação de calor do sistema. A introdução de tecnologias de embalagem avançadas (TSV, FOWLP, etc.) aumentou, por um lado, os custos de I&D e prolongou os ciclos de desenvolvimento e, por outro lado, também trouxe desafios ao rendimento.
Os problemas que o CPO não resolve
Como um ponto importante da indústria, a tecnologia CPO tem recebido ampla atenção da indústria, e os principais fabricantes também estão fazendo seus planos. O debate entre ele e o transceptor óptico conectável continuará no curto prazo. No contexto da interconexão óptica de IA, a indústria pode ter requisitos mais rigorosos para a confiabilidade dos transceptores ópticos. Embora a tecnologia CPO tenha vantagens no consumo de energia e na densidade da largura de banda, ainda precisa ser discutido se ela pode ser amplamente utilizada comercialmente e abalar a posição dos transceptores ópticos conectáveis. Em comparação, a tecnologia Optical IO não eliminará a participação de mercado dos transceptores ópticos conectáveis. Ele pode resolver os problemas do IO elétrico tradicional em termos de consumo de energia e largura de banda, portanto sua promoção pode ser mais suave.