英偉達(dá)將推出CPO交換機(jī)，CPO應(yīng)用落地提速

  ICC訊 CPO即光電共封裝技術(shù)，是應(yīng)用于光模塊的技術(shù)革新方案，被認(rèn)為是下一代高速光通信的核心技術(shù)之一。目前各大芯片廠商都推出了CPO方案，不過(guò)目前仍在推動(dòng)落地的過(guò)程中。

  最近有消息稱，英偉達(dá)將在今年3月的GTC大會(huì)上推出應(yīng)用CPO技術(shù)的交換機(jī)新品，這或許將加速CPO技術(shù)的落地。

  115.2T交換容量，144個(gè)800G端口

  英偉達(dá)此前曾向客戶展示過(guò)一款采用CPO技術(shù)的Quantum 3400 X800 IB交換機(jī)，計(jì)劃將在2025年第三季度開始量產(chǎn)，預(yù)計(jì)這次英偉達(dá)將要發(fā)布的以太網(wǎng)交換機(jī)將是該型號(hào)產(chǎn)品。

  從公開渠道獲得的信息，Quantum 3400 X800 IB是一款4U高度的交換機(jī)，采用全液冷散熱，有六排共144個(gè)MPO光纖接線口，單個(gè)接線口最高支持800G，另外交換機(jī)還設(shè)有18路外置可插拔光源模組。

  而Quantum 3400 X800 IB核心自然是其交換機(jī)芯片，內(nèi)部采用了4顆28.8T的交換機(jī)芯片，總共提供115.2T的交換容量。在Quantum 3400 X800 IB上由于有四顆交換機(jī)芯片，為了提高數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)際使用中四顆交換機(jī)芯片之間不需要直接進(jìn)行通信，英偉達(dá)使用的方案是將光纖數(shù)據(jù)流通過(guò)ConnectX-8網(wǎng)卡拆分成四路，并分別傳輸?shù)剿念w交換機(jī)芯片上進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，并最終在ConnectX-8網(wǎng)卡端合并。

  ConnectX-8是英偉達(dá)在2024年推出的一款專為大規(guī)模AI設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡，提供800Gb/s的數(shù)據(jù)吞吐量。

  Quantum 3400 X800 IB中使用到CPO技術(shù)，光引擎模塊和交換機(jī)芯片封裝在同一基板上，光信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)入到光引擎后，通過(guò)光纖陣列進(jìn)入到SiPho硅光子器件(包含光調(diào)制器、波導(dǎo)、耦合器等)中，硅光子器件中的光調(diào)制器可以將光信號(hào)和電信號(hào)互相轉(zhuǎn)換。其中在發(fā)送端，DRV/TIA驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào);在接收端，TIA接收光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

  轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)通過(guò)封裝基板傳輸?shù)浇粨Q機(jī)的其他部分，交換機(jī)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后，通過(guò)PCB進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

  而更加具體的參數(shù)和技術(shù)細(xì)節(jié)，要等英偉達(dá)GTC大會(huì)后才能確認(rèn)了。

  CPO落地進(jìn)展

  踏入2025年，CPO技術(shù)落地似乎開始進(jìn)入加速階段。在傳出英偉達(dá)推出CPO交換機(jī)的前幾天，臺(tái)積電與博通的合作也傳出新進(jìn)展。

  消息顯示，臺(tái)積電與博通在3nm工藝上的CPO關(guān)鍵技術(shù)微環(huán)調(diào)制器(MRM)調(diào)試成功，預(yù)計(jì)2025年初可以交付樣品，并有望在下半年實(shí)現(xiàn)1.6Tbps光電器件的量產(chǎn)。微環(huán)調(diào)制器是一種基于微環(huán)諧振器(Micro-Ring Resonator, MRR)的光學(xué)調(diào)制設(shè)備，它利用了光在微小環(huán)形波導(dǎo)中的共振效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的操控。這種技術(shù)能夠有效提高發(fā)射器效率，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

  而博通此前也展示了使用CPO技術(shù)的51.2T交換機(jī)系統(tǒng)，其中包含8個(gè)6.4T的FR4光引擎。單個(gè)光引擎中包含64通道的PIC與EIC芯片，driver/TIA采用CMOS工藝，單通道信號(hào)速率為100Gbps。這些系統(tǒng)采用了FOWLP封裝方案以降低成本并提高良率，博通計(jì)劃在2025年第二季度推出其首款CPO交換機(jī)。

  英特爾在2024年的OFC大會(huì)上展示了其最新的光學(xué)計(jì)算互連OCI方案進(jìn)展，OCI芯粒集成了硅光子集成電路，包括片上激光器和光放大器、與電子集成電路，支持高達(dá)4Tbps的雙向數(shù)據(jù)傳輸速率，與第五代PCIe兼容。

  目前英特爾的OCI芯粒支持每個(gè)方向上64個(gè)通道的32Gbps數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離可達(dá)100米(盡管由于飛行時(shí)間延遲，實(shí)際應(yīng)用可能限制在幾十米以內(nèi))，使用八對(duì)光纖，每對(duì)攜帶八個(gè)密集波分復(fù)用(DWDM)波長(zhǎng)。共封裝解決方案的能效也非常高，每比特僅消耗5pJ，相比之下，可插拔光收發(fā)模塊大約為15pJ/bit。

  Marvell在2024OFC大會(huì)上也推出了其最新的6.4T 3D封裝硅光引擎，包含32條電光混合通道，單通道的信號(hào)速率為200Gbps。單個(gè)通道還集成了驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制器、TIA、光電探測(cè)器、MUX和DEMUX，其中TIA和驅(qū)動(dòng)器采用了3D封裝集成技術(shù)。該光引擎支持從1.6T到6.4T以及更高帶寬的應(yīng)用。

  總體來(lái)看，頭部大廠將CPO量產(chǎn)時(shí)間定在2025年，今年內(nèi)或許我們能夠看到一些CPO產(chǎn)品陸續(xù)應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心。

  另外，國(guó)內(nèi)方面光迅科技、天孚通信、新易盛、中際旭創(chuàng)、劍橋科技等光模塊廠商都有投入到CPO技術(shù)的開發(fā)中。

  光迅早在2023年就發(fā)布了CPO ELS自研光源模塊，可以支持3.2T CPO。不過(guò)，從光模塊廠商的反饋來(lái)看，市場(chǎng)上主流聲音還是希望繼續(xù)沿用可插拔技術(shù)，CPO模塊實(shí)際上需要與交換機(jī)或是XPU廠商進(jìn)行深度合作，實(shí)際主導(dǎo)在于交換機(jī)廠商或是XPU廠商，這注定了只有足夠規(guī)模的大廠才能使用CPO技術(shù)。

  而另一方面，由于CPO技術(shù)的高度集成性，相關(guān)模塊在可靠性、替換性上相比當(dāng)前的光模塊沒有優(yōu)勢(shì)，且價(jià)格必然也更高。當(dāng)然，大廠如英偉達(dá)、英特爾等具備足夠的話語(yǔ)權(quán)，以及可以將CPO技術(shù)與自家的XPU/ASIC產(chǎn)品結(jié)合，擁有整合優(yōu)勢(shì)，可以更快地將CPO技術(shù)整合至旗下的高算力產(chǎn)品中。

  不過(guò)對(duì)于其他規(guī)模更小的數(shù)據(jù)中心客戶，考慮到成本和可維護(hù)性等問(wèn)題，光模塊依然有其優(yōu)勢(shì)。

  小結(jié)：

  CPO技術(shù)在更高帶寬需求的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，且能夠解決傳統(tǒng)可插拔光模塊在功耗、帶寬密度上的瓶頸。未來(lái)更高速率的計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸需求下，CPO技術(shù)還是會(huì)在數(shù)據(jù)中心中占有一席之地。