Мэтью Траверсо из Marvell выступил с докладом под названием «Прогресс в области CPO и экосистемы» и систематически разобрался в прогрессе основных производителей чипов в области CPO на OFC 2024. Ниже приводится соответствующая информация, собранная на основе отчета.
AMD и Рановус
Компания Xilinx, много лет работающая с Ranovus, продемонстрировала на OFC2023 систему, которая сочетает в себе кремниевый фотонный двигатель Ranovus 800G с прямым приводом и чип FPGA AMD (Xilinx Versal ACAP). Ranovus уже много лет работает в области CPO, основными техническими достижениями которого являются использование лазеров на квантовых точках, микрокольцевых модуляторов и т. д. Ranovus также недавно начал сотрудничество с MediaTek в области CPO и выпустил последнее поколение 6.4 Тбит/с Light. Двигатель.
AMD/Рановус
Broadcom
Broadcom продемонстрировала систему коммутации 51.2T с CPO на выставке OFC в этом году. Система содержит восемь легких двигателей 6.4T FR4. Один оптический механизм содержит 64 канала чипов PIC и EIC. Драйвер/TIA использует технологию CMOS со скоростью одноканального сигнала 100 Гбит/с. PIC имеет встроенный мультиплексор/демультиплексор и работает на длине волны CWDM4. В легком двигателе используется упаковочное решение FOWLP, ранее было принято решение TSV, что может быть связано главным образом с соображениями стоимости и производительности. Broadcom заключила партнерское соглашение с Tencent для развертывания сетевых коммутаторов с CPO в своих центрах обработки данных.
Директор по закупкам Broadcom
Cisco
Cisco продемонстрировала свой прототип 25.6TSwitch на базе CPO. Система содержит восемь кремниевых фотонных двигателей 3.2T, каждый из которых использует восемь кремниевых фотонных чипов 400G-FR4 с одноканальной скоростью 100 Гбит/с, с использованием модулятора типа SISCAP и встроенным мультиплексором/демультиплексором.
Cisco
IBM
IBM уникальна тем, что она не приняла решение на основе кремниевой фотоники, а вместо этого работала с Finisar над разработкой системы CPO на базе VCSEL. Система содержит 4 чипа PD и 4 чипа VCSEL. В целях надежности системы каждый VCSEL конфигурируется с резервным VCSEL. Скорость одноканального сигнала составляет 56G NRZ, с 16 каналами и общей пропускной способностью 896 Гбит/с. Световой двигатель можно соединить с подложкой с помощью LGA или сварки.
IBM
Intel
Intel уже много лет активно участвует в области кремниевой фотоники, а ранее занималась исследованиями и разработками подключаемых оптических приемопередатчиков и микрокольцевых модуляторов для кремниевой фотоники. С 2020 года он начал внедряться в области CPO, ориентируясь на оптическое соединение вычислений (OCI) и используя свою уникальную платформу процессов кремниевой фотоники для разработки системы CPO на основе микрокольцевых модуляторов. На OFC 2024 компания продемонстрировала последние достижения OCI. Каждый PIC имеет 64 оптических канала, скорость сигнала одного канала составляет 32 Гбит/с, общая полоса пропускания сигнала — 2 Тбит/с (двунаправленная полоса пропускания — 4 Тбит/с), а частота ошибок по битам канала — менее 1e-12. Кроме того, Intel разработала уникальный сменный оптический разъем, который может проверять микросхемы PIC перед упаковкой, чтобы повысить производительность, закладывая основу для крупномасштабного массового производства CPO.
Intel
Marvell
После приобретения Inphi компания Marvell значительно расширила свои возможности в области исследований и разработок в области оптической связи и центров обработки данных. В этом году на выставке OFC компания Marvell представила новейший 6.4D-корпусный кремниевый фотонный двигатель 3 Тл, включающий 32 канала и скорость одноканального сигнала 200 Гбит/с.
Marvell
Nvidia
Будучи лидером в области графических процессоров, Nvidia также занимается разработкой технологии CPO для кремниевой фотоники. На конференции 2020GTC Nvidia продемонстрировала схему системной архитектуры, которая соединяет чипы графического процессора и коммутатора через CPO. Кроме того, Nvidia также работает с TSMC, Ayar Labs и другими компаниями над разработкой технологии CPO.
Технология кремниевой фотоники CPO
TSMC
TSMC начала сотрудничать с Luxtera в 2017 году и разработала 12-дюймовую платформу кремниевой фотоники на узле 65 нм. Затем компания представила усовершенствованную упаковку и запустила платформу COUPE 1.0/2.0. TSMC недавно опубликовала свою дорожную карту в области CPO, которая включает в себя план по созданию легкого двигателя со скоростью 6.4 Тбит/с к 2025 году и дальнейшей разработке оптического двигателя со скоростью 12.8 Тбит/с, используемого для межсоединения XPU.
12-дюймовая платформа кремниевой фотоники
В следующей таблице представлены технологии CPO вышеупомянутых основных производителей. В настоящее время, за исключением Broadcom, решения других компаний являются не строго CPO, а скорее NPO. Используемые ими оптические двигатели подключаются к подложке через электрическую розетку с определенной степенью заменяемости. Кроме того, большинство производителей выбрали решение с внешним источником света, чтобы избежать влияния внутреннего тепловыделения чипа высокой мощности на производительность лазера.
Краткое изложение демонстраций
Основной движущей силой технологии CPO является снижение энергопотребления. Поскольку оптический механизм очень близок к чипу ASIC, потери на линии связи уменьшаются, и нет необходимости в чипе повторного таймера для компенсации сигнала между ними, что приводит к снижению энергопотребления примерно на 30%. Кроме того, технология CPO также улучшает плотность полосы пропускания системы.
Сравнение корректировки времени с помощью лазера
Сомнения относительно технологии и бизнес-модели CPO существовали всегда. Следующий рисунок взят из PPT Энди с Аристой. По сравнению с традиционными подключаемыми оптическими приемопередатчиками, исследования и разработки технологии CPO требуют углубленного сотрудничества с крупными производителями коммутаторов/XPU. Право голоса в основном имеют производители выключателей, которые не очень дружелюбны к мелким компаниям. Кроме того, модуль СРО уже давно подвергается критике за надежность, проверяемость и заменяемость, которые необходимо решать. Поскольку чип ASIC упакован вместе с легким двигателем CPO, цена чипа ASIC очень высока. Как можно быстро отремонтировать или заменить легкий двигатель CPO, если он выйдет из строя? Герметизация оптоэлектронных чипов вместе также создает проблемы с отводом тепла от системы. Внедрение передовых технологий упаковки (TSV, FOWLP и т. д.), с одной стороны, привело к увеличению затрат на НИОКР и удлинению циклов разработки, а с другой стороны, также привело к проблемам с производительностью.
Проблемы, которые CPO не решает
Будучи горячей точкой в отрасли, технология CPO привлекла широкое внимание со стороны отрасли, и крупные производители также строят свои планы. Споры между ним и подключаемым оптическим трансивером продолжатся в краткосрочной перспективе. На фоне оптического соединения искусственного интеллекта в отрасли могут возникнуть более строгие требования к надежности оптических приемопередатчиков. Хотя технология CPO действительно имеет преимущества в энергопотреблении и плотности полосы пропускания, еще предстоит обсудить, может ли она широко использоваться в коммерческих целях и пошатнуть позиции сменных оптических трансиверов. Для сравнения, технология Optical IO не отнимет долю рынка подключаемых оптических трансиверов. Он может решить проблемы традиционного электрического ввода-вывода с точки зрения энергопотребления и пропускной способности, поэтому его продвижение может быть более плавным.