Razvoj in napredek CPOoptoelektronskitehnologija sopakiranja
Optoelektronsko sopakiranje ni nova tehnologija, njen razvoj sega v šestdeseta leta prejšnjega stoletja, vendar je danes fotoelektrično sopakiranje le preprosto pakiranje ...optoelektronske napraveskupaj. Do devetdesetih let prejšnjega stoletja, z vzponomoptični komunikacijski modulV industriji se je začelo pojavljati fotoelektrično sopakiranje. Zaradi porasta povpraševanja po visoki računalniški moči in visoki pasovni širini letos je fotoelektrično sopakiranje in z njim povezana veja tehnologije ponovno deležno veliko pozornosti.
V razvoju tehnologije ima vsaka stopnja tudi različne oblike, od 2,5D CPO, ki ustreza povpraševanju 20/50 Tb/s, do 2,5D Chiplet CPO, ki ustreza povpraševanju 50/100 Tb/s, in končno do 3D CPO, ki ustreza hitrosti 100 Tb/s.
2.5D CPO paketioptični modulin čip omrežnega stikala na istem substratu, da se skrajša razdalja med linijami in poveča gostota V/I, 3D CPO pa neposredno povezuje optični IC z vmesno plastjo, da se doseže medsebojna povezava z razmikom V/I manj kot 50 μm. Cilj njegovega razvoja je zelo jasen, in sicer čim bolj zmanjšati razdaljo med modulom za fotoelektrično pretvorbo in čipom omrežnega stikala.
Trenutno je CPO še v povojih in še vedno obstajajo težave, kot so nizek izkoristek in visoki stroški vzdrževanja, le malo proizvajalcev na trgu pa lahko v celoti zagotovi izdelke, povezane s CPO. Le Broadcom, Marvell, Intel in peščica drugih akterjev imajo na trgu popolnoma lastniške rešitve.
Marvell je lani predstavil stikalo s tehnologijo 2,5D CPO, ki uporablja postopek VIA-LAST. Po obdelavi silicijevega optičnega čipa se TSV obdela s procesno zmogljivostjo OSAT, nato pa se silicijevemu optičnemu čipu doda električni flip-chip. 16 optičnih modulov in stikalni čip Marvell Teralynx7 so na tiskanem vezju medsebojno povezani in tvorijo stikalo, ki lahko doseže hitrost preklapljanja 12,8 Tbps.
Na letošnjem OFC-ju sta Broadcom in Marvell predstavila tudi najnovejšo generacijo stikalnih čipov s hitrostjo 51,2 Tbps, ki uporabljajo tehnologijo optoelektronskega sopakiranja.
Od Broadcomovih najnovejših tehničnih podrobnosti CPO, paketa CPO 3D, do izboljšanja procesa za doseganje večje gostote V/I, porabe energije CPO na 5,5 W/800 G, razmerja energetske učinkovitosti je zelo dobro, zmogljivost pa je zelo dobra. Hkrati Broadcom prebija tudi do enotnega vala 200 Gbps in 102,4T CPO.
Cisco je prav tako povečal svoje naložbe v tehnologijo CPO in na letošnjem OFC-ju predstavil izdelek CPO, pri čemer je pokazal svojo akumulacijo tehnologije CPO in njeno uporabo na bolj integriranem multiplekserju/demultiplekserju. Cisco je sporočil, da bo izvedel pilotno uvedbo CPO v stikala s kapaciteto 51,2 Tb, sledila pa bo obsežna uvedba v stikalnih ciklih s kapaciteto 102,4 Tb.
Intel že dolgo uvaja stikala na osnovi CPO, v zadnjih letih pa še naprej sodeluje z Ayar Labs pri raziskovanju rešitev za medsebojno povezovanje signalov z večjo pasovno širino v sopakiranih paketih, kar utira pot množični proizvodnji optoelektronskih sopakiranih in optičnih medsebojnih povezovalnih naprav.
Čeprav so vtični moduli še vedno prva izbira, je splošno izboljšanje energetske učinkovitosti, ki ga lahko prinese CPO, pritegnilo vse več proizvajalcev. Po podatkih LightCountinga se bodo pošiljke CPO začele znatno povečevati z vrati 800G in 1,6T, postopoma bodo komercialno dostopne od leta 2024 do 2025 in od leta 2026 do 2027 predstavljale velik obseg. Hkrati CIR pričakuje, da bodo tržni prihodki od celotne fotoelektrične embalaže leta 2027 dosegli 5,4 milijarde dolarjev.
V začetku letošnjega leta je TSMC napovedal, da se bo združil z Broadcomom, Nvidio in drugimi velikimi strankami pri skupnem razvoju tehnologije silicijeve fotonike, skupnih optičnih komponent za pakiranje CPO in drugih novih izdelkov, procesne tehnologije od 45nm do 7nm, in dejal, da se bo najhitreje v drugi polovici prihodnjega leta začelo izpolnjevati veliko naročilo, približno leta 2025 pa bo dosežena stopnja obsega.
Kot interdisciplinarno tehnološko področje, ki vključuje fotonske naprave, integrirana vezja, pakiranje, modeliranje in simulacijo, tehnologija CPO odraža spremembe, ki jih je prinesla optoelektronska fuzija, spremembe, ki jih je prinesla prenos podatkov, pa so nedvomno subverzivne. Čeprav se bo uporaba CPO morda še dolgo časa pojavljala le v velikih podatkovnih centrih, je z nadaljnjo širitvijo velike računalniške moči in zahtev po visoki pasovni širini tehnologija fotoelektričnega sotesnjevanja CPO postala novo bojišče.
Vidimo lahko, da proizvajalci, ki delajo v CPO, na splošno verjamejo, da bo leto 2025 ključno vozlišče, ki je tudi vozlišče s hitrostjo izmenjave 102,4 Tbps, in da se bodo slabosti vtičnih modulov še povečale. Čeprav se aplikacije CPO morda pojavljajo počasi, je optoelektronsko sopakiranje nedvomno edini način za doseganje visokohitrostnih, visokopasovnih in nizkoenergijskih omrežij.
Čas objave: 2. april 2024