Оптические модули и печатные платы: обеспечение высокоскоростной передачи данных в эпоху искусственного интеллекта

В быстро меняющемся мире передачи данных спрос на эффективные решения с высокой пропускной способностью как никогда высок. Поскольку приложения на базе искусственного интеллекта и обработка больших объёмов данных расширяют границы производительности сетей, оптические модули и их неотъемлемые печатные платы оптических модулей Чтобы ответить на эти вызовы, технологии быстро эволюционировали. Это развитие не только повышает эффективность передачи данных, но и обеспечивает надёжность в сложных условиях, таких как центры обработки данных и облачные вычисления.

В FiberMall мы специализируемся на предоставлении экономически эффективных решений продукты и решения оптической связи, расширяя возможности глобальных центров обработки данных, облачных сред, корпоративных сетей, сетей доступа и беспроводных систем. Наше лидерство в области сетей связи с использованием искусственного интеллекта делает нас идеальным партнером для высококачественных решений, ориентированных на ценность. оптические модули и печатных платВ этой статье мы рассмотрим историю создания, технологические достижения и состав оптических модулей, а затем подробно рассмотрим печатная плата оптического модуля предметы первой необходимости.

Предыстория: Резкий рост спроса на сети с высокой пропускной способностью

Как известно, спрос движет развитием. Стремительное развитие оптические модули Это напрямую связано с растущей потребностью человечества в эффективной передаче всё более сложных и объёмных данных. Это, в свою очередь, привело к постоянно меняющимся и более сложным техническим требованиям к печатные платы оптических модулей.

Рост масштабов обучения и вывода моделей ИИ усилил спрос на массовые параллельные вычисления данных, создавая беспрецедентную нагрузку на пропускную способность глобальных сетей. Это ускорило итерацию оптические модули, одновременно продвигая новые технологии, такие как CPO, ПОЛ и Silicon Photonics на передний план.

• CPO (комбинированная оптика): эта технология комплексной оптики фокусируется на интеграции фотонных и электронных компонентов в одном корпусе, идеально подходящем для сценариев высокоскоростной передачи данных с высокой плотностью соединений.
• LPO (линейная сменная оптика): LPO отличается гибкостью подключения и экономической эффективностью и подходит для передачи данных на короткие расстояния.
• Технология кремниевой фотоники: Метод изготовления оптоэлектронных устройств с использованием кремниевых материалов, сочетающий в себе преимущества фотоники и электроники для достижения превосходных характеристик.

Эти инновации меняют оптические коммуникационные решения, обеспечивая плавную масштабируемость для современных инфраструктур.

Путь эволюции технологий оптических модулей

В эпоху вычислительной мощности, оптические модули Необходимо обеспечить низкое энергопотребление и высокую пропускную способность для поддержки задач искусственного интеллекта и обработки больших данных. Текущие тенденции в отрасли указывают на следующие пути развития: переход от традиционных подключаемых модулей к более интегрированным решениям, снижающим энергопотребление до 40% и задержку примерно на 50%. Этот сдвиг знаменует собой поворотный момент от конструкций с преобладанием подключаемых модулей к интегрированным оптическим межсоединениям, при этом LPO служит эволюционным шагом для подключаемых модулей, а CPO представляет собой окончательную, революционную форму, использующую кремниевую фотонику для минимизации затрат и энергопотребления.

В таблице ниже представлены ключевые новые технологии в развитии оптических модулей, основанные на данных исследования ZTE «Технологии и развитие оптических модулей центров обработки данных». В ней приводятся названия технологий, подробное содержание и краткие описания каждой из них, что позволяет получить полное представление о том, как эти достижения отвечают требованиям высокой плотности и низкого энергопотребления в центрах обработки данных на базе искусственного интеллекта.

Название технологии	Контент	Резюме
Оптические модули с жидкостным охлаждением	В системах жидкостного охлаждения с холодными пластинами охлаждающая жидкость не контактирует напрямую с нагреваемыми электронными компонентами, поэтому при использовании в таких системах традиционные оптические модули, как правило, не требуют рассмотрения вопросов совместимости. Однако в системах иммерсионного и распылительного охлаждения охлаждающая жидкость напрямую контактирует с устройствами теплоотвода, особенно в иммерсионных системах, где устройства полностью погружены в охлаждающую жидкость. Традиционные оптические модули предназначены для воздушного охлаждения и могут выйти из строя при погружении или распылении. Таким образом, для обеспечения надежной передачи данных в таких системах необходимы специализированные конструкции для жидкостного охлаждения и стандартизированные технические требования.	Жидкостное охлаждение обеспечивает сверхвысокую энергоэффективность и тепловыделение, являясь ключевым решением проблем рассеивания тепла и энергосбережения в центрах обработки данных. Оптические модули с жидкостным охлаждением представляют собой неизбежный тренд.
Решение LPO	LPO заменяет традиционный DSP технологией линейного прямого привода, интегрируя функции в микросхему коммутатора и оставляя только микросхему драйвера (Driver) и трансимпедансного усилителя (TIA). Микросхемы драйвера и TIA в оптических модулях LPO обладают улучшенными характеристиками для повышения линейности.	LPO отлично подходит для приложений с малым энергопотреблением, малыми задержками и передачей на короткие расстояния, идеально подходит для вычислительных центров ИИ. Используя существующие развитые цепочки поставок оптических модулей, LPO может обеспечить быстрое развертывание благодаря мощной поддержке поставщиков высоколинейных TIA/драйверов.
Решение CPO	CPO объединяет оптические модули и чипы-коммутаторы без использования форматов сменных оптических модулей. Это обеспечивает более быструю передачу электрических сигналов между модулем и чипом, сокращая расстояние, уменьшая габариты, снижая энергопотребление и повышая эффективность.	CPO снижает затраты и энергопотребление за счет совместной компоновки оптоэлектронных коммутаторов, предлагая оптимальное комплексное решение для будущих высокоинтегрированных, маломощных, недорогих и сверхскоростных модульных приложений.
Технология кремниевой фотоники	Эта недорогая высокоскоростная технология оптической связи основана на кремниевой фотонике и использует технологию КМОП (комплементарной металл-оксид-полупроводниковой микроэлектроники) для изготовления интегрированных фотонных устройств. Она сочетает в себе сверхбольшую логику и высокоточное производство КМОП со сверхвысокой скоростью и низким энергопотреблением фотоники (в архитектурах CPO/LPO).	Хотя инвестиции в НИОКР и объемы продаж отстают от показателей материалов III-V и существуют проблемы с производительностью, технологическим процессом и стоимостью, преимущества кремниевой фотоники с точки зрения стоимости и мощности делают ее будущей основной технологией оптических устройств.
Технология тонкопленочного ниобата лития	По сравнению с традиционным объёмным ниобатом лития, тонкоплёночные волноводы на основе ниобата лития позволяют создавать оптические волноводы субмикронного масштаба, улучшая интеграцию, ограничение светового поля и взаимодействие материалов, обеспечивая сверхширокую электрооптическую полосу пропускания, сверхнизкое напряжение возбуждения и сверхнизкие оптические потери. Это может произвести революцию в электрооптических модуляторах.	Являясь основным устройством для сверхскоростных центров обработки данных и когерентной оптической передачи данных, он обеспечивает высокую производительность, низкую стоимость, малый размер, массовое производство и совместимость с КМОП, что делает его весьма конкурентоспособным решением для будущих высокоскоростных оптических соединений.
Coherent Sinking (Coherent Lite)	В центрах обработки данных (ЦОД) по-прежнему доминирует метод прямого детектирования модуляции интенсивности (IM-DD). Чтобы компенсировать ограничения IM-DD в условиях меняющихся требований, отрасль разрабатывает «облегченные когерентные» решения, адаптированные для каналов связи между ЦОД на короткие расстояния.	Поскольку внутрицентровые соединения превышают 1.6 Тбит/с в сторону 3.2 Тбит/с, дисперсия и бюджеты каналов создают трудности для IM-DD. Coherent Lite становится серьёзным претендентом на крупномасштабные 3.2 Тбит/с.
Технология «Свет в свету» (OIO)	OIO — это оптическое межсоединение на базе чипа, интегрированное с вычислительными микросхемами (ЦП, ГП, ТП) в одном корпусе для обеспечения бесперебойной связи в распределенных системах (между платами, стойками и рядами). Оно не уступает электрическим межсоединениям на корпусе по плотности полосы пропускания, энергопотреблению и задержке. Доступные варианты включают встроенную оптику (OBO), NPO, CPO и будущие оптоэлектронные интегральные схемы (OEIC). OIO обещает более чем 100-кратное увеличение плотности каналов и пропускной способности на канал, что необходимо для перехода на коммутационные чипы с производительностью 100, 200 и более ТТ.	OIO готова обеспечить беспрецедентную масштабируемость в сетях с высокой пропускной способностью, открывая новую эру эффективных оптических соединений с малой задержкой.

Этот путь подчеркивает переход к более эффективным, компактным конструкциям, которые минимизируют задержку и потребление энергии, что критически важно для печатные платы оптических модулей в высокопроизводительных установках.

Состав оптических модулей

Оптические модули Собираются из оптических чипов и устройств, а затем встраиваются или внедряются в оптическое коммуникационное оборудование для внешнего подключения. В волоконно-оптической связи они обеспечивают взаимное преобразование электрических и оптических сигналов: электрооптическое преобразование на стороне передатчика и оптоэлектрическое преобразование на стороне приёмника.

Основная структура оптический модуль состоит из четырех ключевых компонентов:

• PCBA (печатная плата): Базовая плата, объединяющая электрические компоненты.
• TOSA (оптический узел передатчика): Обеспечивает передачу оптических сигналов.
• ROSA (оптический узел приемника): Управляет приемом и преобразованием оптических сигналов.
• Дома: Обеспечивает защиту и структурную целостность.

Эти элементы работают согласованно, обеспечивая надежную целостность сигнала, что делает печатные платы оптических модулей незамеченные герои надежного потока данных.

Печатные платы оптических модулей: удовлетворение требований вычислительной эпохи

С учетом того, что в эпоху вычислений особое внимание уделяется низкому энергопотреблению и высокой пропускной способности, технические требования к печатные платы оптических модулей в первую очередь определяются:

• Упаковка оптического модуля.
• Скорость передачи оптического модуля.
• Особые требования к применению, такие как рассеивание тепла, долговечность с возможностью горячей замены и производительность в различных промышленных условиях.

В следующей таблице представлена ​​подробная информация о том, как производители печатных плат удовлетворяют техническим требованиям к оптическим модулям, включая пояснения и основные ссылки для оптимального выбора материала и процесса:

Технические требования к оптическому модулю	Подход к производству печатных плат	объяснение
Упаковка	Способ упаковки оптического модуля зависит от конструкции заказчика.	Изготавливается в соответствии со спецификациями заказчика для бесшовной интеграции в различные форм-факторы.
Скорость передачи	На основе требований заказчика отдайте приоритет материалам с низким Df и низким DK.	Справочная информация по Df: Характеристики CCL и PP подложки: Коэффициент потерь Df (измеряет потери сигнала при передаче на высоких частотах). Справочная информация по DK: Характеристики CCL и PP подложки: Диэлектрическая проницаемость DK (влияет на скорость сигнала и управление импедансом). Выбор материалов с низкими потерями обеспечивает минимальное затухание на высоких скоростях.
Особые потребности применения	Использование специальных технологий и процессов в соответствии с требованиями заказчика.	Рассеивание тепла: технология вставки медных блоков, заполнение медной/серебряной пастой, лазерное заполнение отверстий… Долговечность при установке/извлечении: «золотые» контакты (повышают износостойкость и электрическую прочность при многократном использовании). Эти специальные процессы снижают термические и механические нагрузки в сложных условиях.

Распространенные конструкции печатных плат оптических модулей

(Примечание: в исходном документе приведено изображение печатных плат обычных оптических модулей, взятое из Интернета. Представьте себе схему, на которой выделены многослойные платы высокой плотности с золотыми выводами и переходными отверстиями.)

Эти проекты иллюстрируют точность инженерного дела, необходимую для оптические коммуникационные продукты.

Типичные особенности печатных плат оптических модулей

Печатные платы оптических модулей включить специализированные регионы для оптимизации производительности:

• Плотный дизайн: Из-за ограничений по размеру и необходимости высокоскоростной передачи данных, печатные платы оптических модулей использовать многоуровневость и слепые соединения для повышения плотности маршрутизации, обеспечивая многоканальные конфигурации.
• Дизайн тепловыделения: С ростом частоты и ширины полосы пропускания увеличивается тепловыделение, что создает риски для надежности и целостности сигнала. Повышенные температуры могут снижать производительность, поэтому расширенные возможности управления температурой печатные платы оптических модулей создает значительные производственные проблемы.

Основные технические требования к печатным платам оптических модулей

Чтобы удовлетворить эти требования, печатные платы оптических модулей должны соответствовать строгим спецификациям в нескольких критических областях:

1. Возможности линии
   1. Ширина строки/Интервал (Ширина/Пробел): Переход от традиционных 100/100 мкм с допуском ±20 мкм к 30/30 мкм с допуском ±10 мкм или даже к более тонким линиям с более строгим контролем.
   1. Допуск импеданса: От обычных ±10% до ±7% и вплоть до ±5%.
2. Возможности выравнивания
   1. Диаметр лазерного отверстия/площадки: Переход от 100/250 мкм к 75/130 мкм или снижение до 50/110 мкм.
   1. Точность нанесения паяльной маски: Выравнивание окна паяльной маски относительно контактной площадки от ±25 мкм до ±15 мкм или меньше.
   1. Точность контура
      1. Допуск на контур: ±0.1 мм.
      1. Допуск между центрами отверстий: от ±0.075 мм до ±0.038 мм.
      1. Допуск между центрами контактных площадок: от ±0.075 мм до ±0.05 мм.
      1. Допуск от края печатной платы до золотого контакта: ±0.05 мм.
      1. Допуск диаметра паза: ±0.05 мм.
      1. Допуск от паза до золотого пальца: ±0.1 мм.
3. Склеивание проводов
   1. Размер контактной площадки для проводов: 90/90 мкм, с допуском размеров ±15 мкм.
   1. Сила натяжения проволоки: ≥5g, требуется испытание на сдвиг шарика.

• Золотые пальцы
  • Стандарты внешнего вида: Строгие требования, такие как отсутствие обнаженного никеля, выступов, загрязнений или царапин, — в соответствии со спецификациями заказчика.
  • Устойчивость к коррозии: необходимо пройти назначенные заказчиком испытания, такие как испытания MFG.
  • Прочность при установке/извлечении: Выдерживают не менее 500 циклов в соответствии с требованиями заказчика.

• Горячая замена: Градуированные/сегментированные золотые пальцы без остатков проволоки, соответствующие стандартам качества.
  • Толщина платы в зоне золотого пальца: Допуски строго контролируются в соответствии с потребностями заказчика.
• Встроенные медные блоки
  • Плоскость: от 0 до -10мкм.

Эти технические требования подчеркивают, почему сотрудничество с экспертами в печатные платы оптических модулей имеет важное значение для самых современных приложений.

Заключительные мысли: инновации для сетей будущего

Взаимодействие между оптические модули и их печатных плат играет ключевую роль в поддержании роста сетей на базе искусственного интеллекта. Поскольку требования к скорости, эффективности и надежности растут, для сохранения лидерства необходимы инновационные решения, обеспечивающие баланс производительности и стоимости.

FiberMall — специализированный поставщик продукты и решения оптической связи, стремящаяся предоставлять экономически эффективные решения для глобальных центров обработки данных, облачных вычислительных сред, корпоративных сетей, сетей доступа и беспроводных систем. FiberMall, известная своим лидерством в области сетей связи с использованием искусственного интеллекта, — идеальный партнер, если вы ищете высококачественные решения с выгодными ценами. оптические модули и печатных плат.