Co-Packed Optics (CPO)je arhitektura medsebojnega povezovanja, ki postavi optični motor neposredno poleg ASIC stikala ali procesorja, namesto da usmerja visoko{0}}hitrost električnih signalov po plošči do vtični-modulov sprednje plošče. Za podatkovne centre z umetno inteligenco je CPO pomemben, ker napade tri omejitve, ki jih običajna optika najprej zadene pri visoki hitrosti: moč na bit, gostoto pasovne širine in celovitost električnega signala. To ni nova oblika modula. Gre za-spremembo na ravni sistema, kako so električne in optične funkcije integrirane znotraj stikala.
Premik ni več teoretičen. Na GTC 2025 je NVIDIA predstavila svoja fotonska stikala Quantum-X in Spectrum-X s silicijevimi-fotonskimi motorji, vgrajenimi v paket, in naOFC 2025 je širok nabor prodajalcev pokazal optične motorje, vdelane v pakete ASIC. Vprašanje za večino ekip ni več, ali je CPO pravi, temveč kje in kdaj ustreza.
Kaj je Co-Packed Optics?
Co-Packaged Optics premakne optični motor -, ki se včasih imenuje fotonski čip - s prednje plošče na podlago stikala, blizu ASIC. Cilj je skrajšati električno pot med čipom in točko, kjer se signali pretvorijo v svetlobo.
V tradicionalni vtični arhitekturi ASIC stikala poganja-hitre električne signale preko centimetrov sledi PCB do oddajnikov, nameščenih na sprednji plošči. Ta model je zrel, prilagodljiv in enostaven za servisiranje. Ko pa se -stopnje dvignejo na 200G in več, te električne poti porabijo vse večji delež celotne sistemske moči in jih je težje načrtovati čisto.
CPO spremeni geometrijo. Signal potuje le nekaj milimetrov električno, preden se pretvori v optični, namesto 15 do 30 cm čez ploščo. Praktični učinek v enem stavku: optični V/I se premakne dovolj blizu čipu, da lahko stikalo potisne veliko večjo pasovno širino z veliko manjšo električno obremenitvijo.
Ali je CPO isto kot silicijeva fotonika?
Ne, razlika je pomembna. Silicijeva fotonika je proizvodna platforma, ki se uporablja za izdelavo fotonskih integriranih vezij. CPO je sistemska arhitektura, kiuporabljasilicijeva fotonika kot ena od tehnologij. NVIDIA-ini fotonski motorji so na primer zgrajeni na TSMC-jevem procesu COUPE, ki zloži elektronsko matrico na fotonsko matrico - silicijeva fotonika je gradnik, CPO pa se sestavi v stikalo.
Zakaj podatkovni centri AI potiskajo optiko bližje čipu
Grozdi AI ustvarjajo intenziven vzhod-zahodni promet med grafičnimi procesorji, pospeševalniki, pomnilnikom in stikali. Delovne obremenitve pri usposabljanju in sklepanju premikajo ogromne količine podatkov s tesnimi zahtevami glede zakasnitve in doslednosti, omrežni načrt pa presega tisto, kar lahko udobno zagotovi optika sprednje-plošče.
Trije pritiski poganjajo premik in se medsebojno mešajo.
Pasovna širina se povečuje hitreje kot električni doseg.Omrežja se premikajo s 400G na 800G inPričakuje se, da bodo optični moduli 1,6T začeli z zgodnjo komercialno uporabo okoli leta 2025 do 2026. Ker se pasovna širina ASIC stikala približno podvoji vsakih 18 do 24 mesecev, medtem ko se uporabni električni doseg bakra krči pri višjih stopnjah SerDes, model s sprednjo-priključljivo ploščo naleti na steno nekje pri generaciji stikala 102,4 Tbps.
Moč na bit je zdaj številka-na ravni zmogljivosti.To je metrika, ki dejansko vodi do odločitev o javnih naročilih. Tradicionalni vtični modul 800G deluje približno 15 do 20 picojoulov na bit; Izvedbe CPO ciljajo na približno 5 pJ/bit, z verodostojno potjo pod to vrednostjo. Neodvisne demonstracije to podpirajo -Intelov optični I/O čiplet porabi približno 5 pJ/bit v primerjavi s približno 15 pJ/bit za vtične module. Prek več sto tisoč vrat v velikem grozdu za usposabljanje prihranek 10 do 15 vatov na vrata pomeni megavate na ravni stavbe. Z enim samim-ohišjem višjega razreda, ki naj bi porabil na stotine kilovatov, je vsak vat, ki ni porabljen v omrežju, vat, ki je na voljo za računanje.
Gostota sprednje-plošče je trd strop.Večja pasovna širina pomeni več vrat, več kablov, več toplote in močnejši pretok zraka. Prednje plošče je le toliko, zanjo pa tekmujejo priključne kletke. Premik pretvorbe na podlago odstrani to geometrijsko mejo.
Zato je CPO najpomembnejši za velika okolja z umetno inteligenco, HPC, oblak in hiperrazmerna okolja -, kjer se ti trije pritiski pojavijo najprej. Ni zasnovan za zamenjavo vsakega modula v vsakem podatkovnem centru.
Arhitektura CPO na prvi pogled
Pomaga videti CPO kot niz gradnikov in ne kot eno stvar. Vsak premakne problem nekam na novo.
| Gradnik | Kaj počne | Zakaj je to pomembno v CPO |
|---|---|---|
| Preklopite ASIC | Preklopi promet; gosti-hitrostne V/I steze | Ko se zmogljivost povečuje, število voznih pasov in hitrost naraščata, kar obremenjuje električni doseg |
| Optični motor (fotonski čiplet) | Pretvori električno v optično in nazaj | Nahaja se na substratu ASIC ali zraven njega in skrajša električno pot na milimetre |
| Zunanji laserski vir | Dovaja svetlobo, ki jo motor modulira | Zaradi zanesljivosti je odstranjen najbolj vroč del paketa; pogosto na terenu-zamenljiv za obravnavo komponente,-ki je najbolj izpostavljena okvaram |
| Povezava vlaken-na-čip | Poravnava nize vlaken in konektorje z motorjem | Znotraj--smerjanja vlaken in toleranca poravnave postanejo prvi{2}}pomisleki pri načrtovanju |
| Upravljanje in spremljanje | Diagnostika, izolacija napak, toplotna telemetrija | Precej bolj kritično kot pri vtičnicah, saj je motor vgrajen in ne zamenljiv |
O laserski strategiji se je vredno poglobiti, saj tam prodajalci tiho rešujejo problem uporabnosti. Ker je laser del optične povezave,-ki je najbolj nagnjen k okvaram, veliko modelov uporablja vtični zunanji laser. Fotonska stikala NVIDIA na primer napajajo osem motorjev 1,6 Tbps iz enega samega zamenljivega laserskega modula, kar tudi zmanjša število laserjev, potrebnih na enoto pasovne širine. V operativnem smislu je vodilni indikator smrti laserja stalno naraščanje prednapetostnega toka laserja, medtem ko optični izhod ostaja enak - telemetrija, ki jo morajo nadzorni sistemi opazovati, namesto da bi se zanašali samo na sprejemno moč.
Kaj točno se spremeni, ko se optika približa ASIC-u?
"Kaj spremeni CPO" je del, ki ga večina pregledov pusti nejasnega. Natančneje, spremeni pet stvari hkrati in ekipa, ki ocenjuje CPO, bi morala razmišljati o vsaki posebej in ne kot o enem samem poslu.
Dizajn stikala.Optika preneha biti zamenljivi modul, ki ga ima operater, in postane del plošče, ki jo načrtuje OEM. Retimer DSP, ki pogojuje signale za dolgo sled tiskanega vezja, je pogosto mogoče popolnoma odpraviti, od koder prihaja velik del prihranka energije.
Toplotno upravljanje.Optični motor je zdaj poleg -zmogljivega ASIC-ja. Laserji, modulatorji in zlasti obročasti resonatorji so temperaturno-občutljivi na - obroče-zasnove, ki potrebujejo stalen majhen-nadzor grelca, da zadrži fotonski IC pri temperaturi. Toplotne cone znotraj stikala postanejo težava pri načrtovanju, ne naknadna misel.
Upravljanje z vlakni.Pretvorba, ki se zgodi na podlagi, pomeni, da je treba vlakna napeljati, zavarovati in poravnatiznotrajškatla. Zanesljivost konektorja, zmogljivost upogibanja in toleranca poravnave se premaknejo iz "zaskrbljenosti pri kablih" v "zaskrbljenost glede izkoristka sistema".
Vzdrževanje.Tehnik lahko potegne in zamenja sprejemno-sprejemno-sprednjo ploščo v nekaj sekundah. So-zapakiranega motorja ni mogoče zamenjati na ta način. Varčevanje, popravilo, izolacija napak in temu, kar operaterji imenujejo "polmer eksplozije" - koliko se zmanjša, ko en element odpove - vse se spremeni.
Nabava in življenjski cikel.Vtičniki dajejo operaterjem vzvod: več interoperabilnih prodajalcev, enostavni rezervni deli, postopne nadgradnje. Bolj integriran optični sistem zoži to polje in poveže optiko z življenjskim ciklom stikala. To je resničen strošek, ki nima nobene zveze z optično zmogljivostjo.
Iskren povzetek je, da CPO ne samo zmanjša moči. Kompleksnost - premakne iz električne poti v embalažo, toplotno zasnovo, izkoristek in delovanje na terenu.
CPO proti vtični optiki proti LPO: kaj bi morali izbrati?
CPO se običajno primerja z dvema alternativama: konvencionalno vtičnico in linearno vtičnico (LPO). Povezana sta, vendar rešujeta različne težave in za mnoge ekipe je realistična bližnja-izbira med vtičnimi in LPO, pri čemer se CPO spremlja za naslednjo generacijo platforme.
| Arhitektura | Kjer se nahaja optika | Glavna prednost | Glavna omejitev | Najboljše prileganje |
|---|---|---|---|---|
| Priključljiva optika | Kletka modula sprednje-plošče | Zrelo, več{0}}prodajalcev, vroče-zamenljivo,-temelji na standardih | Večja moč na bit (~15–20 pJ/bit pri 800G) in električne-meje dosega pri visoki hitrosti | Široka uvedba podatkovnih centrov, podjetij in telekomunikacij |
| LPO | Priključljiva oblika sprednje-plošče, poenostavljena signalna pot | Odstrani vgrajeni DSP; običajno 30–50 % nižja moč kot vtičniki, ki temeljijo na DSP-, ohranja operativni model z vtičnico | Zahteva strožji-nadzor integritete signala-na ravni sistema; krajši doseg | Povezave z umetno inteligenco-kratkega dosega,-občutljive na moč |
| CPO | Optični motor na substratu ASIC stikala | Najvišja gostota pasovne širine in najnižja moč na bit (~5 pJ/bit cilj); odstrani zgornjo mejo gostote sprednje-plošče | Težje servisiranje, embalaža, toplotna zasnova in zrelost ekosistema | Preklapljanje-umetne inteligence/HPC v visokem obsegu, zlasti -tkanine povečanja |
Praktični okvir odločanja:
- Izberite vtičnico optikeko so operativna prilagodljivost, varčevanje z več-prodajalci in hitra zamenjava polja najpomembnejši - kar je še vedno večina omrežij.
- Razmislite o LPOko potrebujete nižjo moč in zakasnitev na kratkih dosegih, vendar želite obdržati znani priključni model. LPO je most z manjšim-tveganjem in ima vidne zagovornike - na OFC 2025, so-ustanovitelj Ariste Andy Bechtolsheim je nadaljevalzavzemajte se za LPO kot boljšo kratkoročno-alternativo.
- Sledite CPOko gostota pasovne širine, moč na bit in dolgoročno-razširjanje preko 800G odtehtajo modul{2}}uporabnost ravni - in še posebej za razširljiva-tkanja znotraj gruč AI.
Oblikovanje, ki najbolj pomaga: CPO ni odločitev o nakupu modula, je odločitev o -arhitekturi sistema stikala. Tako ravnajte s tem in večina zmede bo odpravljena.
Prednosti Co-Packaged Optics za omrežja AI
Glavna prednost je energetska učinkovitost v velikem obsegu. Broadcom zahteva približno 30-odstotni prihranek energije in 40-odstotno nižjo ceno optike na bit iz svoje platforme CPO, poleg gostote pasovne širine reda 1 Tbps na milimeter. Energija-na-bitno vrzel - približno 15 pJ/bit za vtičnice v primerjavi s ciljno vrednostjo 5 pJ/bit za CPO - je tisto, kar se spremeni v-megavate na ravni objekta v veliki gruči.
Gostota pasovne širine je druga prednost in je strukturna in ne inkrementalna. S tem, ko se izogne prednji plošči, CPO odstrani zgornjo mejo sprednje-plošče, ki omejuje vtične zasnove, ko zmogljivost stikala preseže približno 102,4 Tbps. Zakasnitev se lahko izboljša tudi tam, kjer se signalna pot poenostavi, čeprav je treba zakasnitev vedno presojati na ravni celotnega sistema, ne le na optičnem motorju.
Začenjajo prihajati tudi podatki o zanesljivosti, kar je pomembno za tehnologijo, ki je dolgo obtičala na "obetavni". Oktobra 2025 je Broadcom poročal, da je Meta preizkušala svojo rešitev CPO milijon-ur povezav brez ene same lopute povezave pri visoko-temperaturni laboratorijski karakterizaciji -, ki jo potrebujejo operaterji, preden zaupajo-neuporabni optiki v proizvodnji.
CPO izzivi in ovire pri uvajanju
Izzivi so resnični in večinoma niso optični. To so težave z embalažo, toploto, delovanjem in ekosistemom.
Toplotno upravljanjeje najtežje. Motor je nameščen poleg vročega ASIC, zlasti obročni resonatorji pa potrebujejo aktivno ogrevanje, da ostanejo na-valovni dolžini -, zato mora zasnova upravljati toploto, ki jo motor ustvarja in je od nje odvisna. Temperaturni nihanje neposredno ogroža dolgoročno-zanesljivost.
Pakiranje in donospridi naslednji. So-integracija elektronskih in fotonskih matric zahteva napredno pakiranje, natančno poravnavo in testne metode, ki še vedno zorijo. Izkoristek in sposobnost izdelave, ne surova optična zmogljivost, pogosto vplivata na obseg proizvodnje.
Možnost servisiranja in radij udarcaspremenite model delovanja. Priključljivi laserski viri ublažijo najslabši primer, vendar operaterji še vedno izgubijo preprost potek dela "povleci in zamenjaj" in udobje več zamenljivih prodajalcev.
Pripravljenost ekosistemapovezuje skupaj. CPO je odvisen od usklajevanja med prodajalci stikal-silicija, optičnih-motorjev, izdelovalcev laserjev, optičnih-ponudnikov povezljivosti, pakirnih partnerjev in operaterjev v oblaku, usklajenih s specifikacijami organov, kot jeOptični internetni forum (OIF)in IEEE. To usklajevanje se oblikuje, vendar še ni končano.
Tržno soglasje to odraža. Tudi analitiki podpirajo tehnologijo -SemiAnalysis ne pričakuje hitre krivulje sprejemanja-razširljivega CPO med hiperrazmerjevalniki v kratkem, čeprav se ti isti operaterji zavežejo dobaviteljem k-širenju. CPO raste najprej tam, kjer prednosti jasno upravičujejo zapletenost: zelo velike tovarne z umetno inteligenco, hiperrazmerne strukture in grozdi HPC.
Kdaj naj podatkovni centri AI razmislijo o ko-pakirani optiki?
Bodite zelo pozorni na CPO, če vaš načrt vključuje stikala z zelo visokim-radixom, povezave 800G ali 1,6T, velike gruče GPE ali stroge cilje moči-na-bit - in še posebej, če je vaša trenutna zasnova že omejena z napajanjem, hlajenjem, celovitostjo signala ali gostoto prednje plošče. Ko stroški in težave pri prilagajanju vtičnih arhitektur še naprej naraščajo, so kompromisi-CPO-ja videti ugodni.
CPO verjetno ni prava takojšnja poteza, če so vaše prednostne naloge operativna prilagodljivost, hitra zamenjava, široka izbira dobaviteljev in postopne nadgradnje. Za večino podjetniških in splošnih-podatkovnih centrov je danes še vedno primernejša dodelana vtičnična optika, z LPO kot možnostjo manj-porabe energije za kratke-dosege,-občutljive na napajanje.
Ali bo CPO zamenjal vtičnico?
Ne v bližnji prihodnosti. Priključljivi oddajniki-sprejemniki imajo zrelo dobavno verigo, široko podporo standardom, interoperabilnost več-prodajalcev in preizkušen operativni model ter bodo še naprej služili večini podatkovnih centrov, podjetij, telekomunikacij in aplikacij v oblaku.Izdelki CPO,-pripravljeni za uvajanje, so prispeli šele leta 2025, s prvimi hiperrazširjenimi-uvedbami, pričakovanimi leta 2026 na platformah stikal naslednje-generacije.
Jasnejša slika je večplasten ekosistem. Priključljiva optika ostaja običajna. LPO služi kot most-nižje moči, ki ohranja vtični model. In CPO postane osrednje mesto, kjer pasovna širina, moč in gostota presegajo tisto, kar zmore-optika sprednje plošče - najodločneje pri povečanju-tkanj AI, kjer je postavljena kot glavno gonilo rasti pasovne širine v zadnjem delu tega desetletja. Prihodnost ni zmagovalna ena sama arhitektura; vsak se ujema z drugačno zmogljivostjo, ceno in operativnimi zahtevami.
pogosta vprašanja
V: Kaj pomeni CPO?
O: CPO je kratica za Co-Packaged Optics, arhitekturo, ki postavlja optične motorje blizu ASIC stikala ali paketa procesorja namesto na sprednjo ploščo.
V: Ali je CPO isto kot silicijeva fotonika?
O: Ne. Silicon photonics je proizvodna platforma za izdelavo fotonskih integriranih vezij. CPO je sistemska arhitektura, ki lahko uporablja silicijevo fotoniko kot spodbujevalno tehnologijo.
V: Kakšna je razlika med CPO in LPO?
O: LPO ohranja format vtičnega modula, vendar odstrani vgrajeni DSP, da zmanjša moč in zakasnitev, pri čemer običajno prihrani 30 do 50 % v primerjavi z vtičnimi moduli, ki temeljijo na DSP-. CPO premakne optični motor na substrat ASIC in temeljiteje spremeni sistemsko arhitekturo.
V: Ali CPO dejansko zmanjša porabo energije?
O: Občutno zmanjša energijo na bit - od približno 15 pJ/bit za vtičnice proti ciljni vrednosti 5 pJ/bit - z odpravo dolgih električnih sledi in časovnikov DSP. Upoštevajte nianso: CPO je učinkovit na bit, vendar ni sam po sebi nizko-zmogljiva komponenta, saj laserji in obročasti resonatorji še vedno črpajo moč, tudi za toplotno kontrolo.
V: Kakšno vlogo ima silicijeva fotonika pri CPO?
O: Silicijeva fotonika zagotavlja integrirane optične motorje v središču večine modelov CPO. Zlaganje elektronske matrice na fotonsko matrico - kot v procesu COUPE podjetja TSMC - je tisto, kar omogoča, da optični motor sedi na substratu stikala.
V: Katere so glavne ovire za sprejetje CPO?
O: Toplotno upravljanje poleg vročega ASIC, zapletenost pakiranja in izkoristka, zmanjšana uporabnost na terenu in večji polmer udarca ter zrelost ekosistema in standardov. Nobena od teh se ne nanaša predvsem na optično zmogljivost.
V: Ali je CPO že komercialno na voljo?
O: Izdelki,-pripravljeni za uvajanje, so prispeli leta 2025 z mejniki glede zanesljivosti, kot je Broadcomov-milijon-povezav-urni preizkus z Meta. Prve hiperrazširjene uvedbe-se pričakujejo leta 2026, vendar bo široka uvedba postopna in neenakomerna.
V: Ali naj podatkovni centri podjetij zdaj skrbijo za CPO?
O: Za večino podjetij, ne kot takojšnji nakup. Vredno ga je razumeti kot vhod načrta, vendar vtični optika - in LPO za moč-občutljive kratke dosege - ostajata boljša, dokler pasovna širina, moč ali gostota resnično ne izsilita spremembe.
Zaključek
Co-Packaged Optics je eden najbolj posledičnih arhitekturnih premikov v visoko-hitrostnem omrežju podatkovnih centrov. S premikanjem optične pretvorbe na preklopni substrat zmanjša energijo na bit proti 5 pJ/bit, dvigne gostoto pasovne širine čez zgornjo mejo sprednje-plošče in omogoči omrežjem AI in HPC pot do obsega nad 800G in 1,6T. Dokazi so se premaknili od diapozitivov do pošiljanja izdelkov in resničnih podatkov o zanesljivosti.
Toda CPO ni-nadomestek za vtičnico optike. Zamenjuje težave z električnim-dosegom za pakiranje, toploto,-upravljanje optičnih vlaken in operativne - ter zožuje nabavni vzvod, ki so ga operaterji vajeni. Za večino ekip je pravilna drža večplastna: naj bo zrela priključna optika tam, kjer se prilega, uporabljajte LPO za manjše-zmogljive kratke dosege in sledite CPO za naslednjo-generacijo visoko-zgoščenih AI in HPC tkanin, zlasti-navzgor. Ključni miselni premik je preprost: CPO ni odločitev o nakupu modula, je odločitev o -sistemski arhitekturi stikala - in na tej podlagi že sodi v vsak resen pogovor o načrtu omrežja AI.
