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隨著(zhù)Serdes傳輸速率的提升，交換機功耗和信號損失、系統集成度等問(wèn)題愈發(fā)具有挑戰, CPO新技術(shù)滲透率加速提升。根據LightCounting的數據顯示，人工智能對網(wǎng)絡(luò )速率的需求是當前的10倍以上。LightCounting預計CPO技術(shù)的出貨將從800G和1.6T端口開(kāi)始，在2024至2025年期間開(kāi)始商用，2026至2027年開(kāi)始規模上量，主要應用于超大型云服務(wù)商的數通短距場(chǎng)景。 CPO發(fā)展Roadmap 共封裝光學(xué)CPO（Co-Packaged Optics）是一種將光引擎和交換芯片共同封裝在一起的光電共封裝技術(shù)，起到高集成度、降低成本、降低功耗的目的。光引擎（OE, Optical Engines）指的是光收發(fā)模塊中負責處理光信號的部分，CPO將光引擎和交換芯片共同裝配的同一個(gè)Socketed上，形成芯片和模組的共封裝。光引擎離交換芯片越近，光信號距離越短，SerDes功耗越小。 
英偉達的最新產(chǎn)品線(xiàn)路圖顯示，將于3Q25推出CPO版本的Quantum 3400 X800 IB交換機， 26年推出CPO版本的Spectrum4 Ultra X800以太網(wǎng)交換機。 IB交換機有144個(gè)MPO光接口，支持36個(gè)3.2T CPO， 內部有4個(gè)28.8T的交換芯片（總共115.2T的交換能力）。
芯片之間采用多平面技術(shù)。即每一根交換機外面的光纖從MPO口進(jìn)來(lái)之后，會(huì )用光纖分纖盒（shuffle box）將其信號拆分成四路并分別連接到四個(gè)不同的交換機芯片上，從而將信源切割成最小單元，最終在CX8網(wǎng)卡端進(jìn)行數據匯聚。允許多個(gè)獨立平面同時(shí)運行。Shuffle box起到關(guān)鍵的信號分配和處理作用。
Shuffle Box – 倍數級容量提升 高速率CPO交換機內部預計需要數千根光纖，這些光纖需要在交換機內部狹小空間中進(jìn)行排布，還需要解決板中每個(gè)光引擎到前面面板的距離（每個(gè)OE位于A(yíng)SIC芯片周?chē)�，到前面面板的距離都會(huì )有所不同）不一產(chǎn)生的光纖長(cháng)度不一致帶來(lái)的制造可靠性問(wèn)題，除了需要采用更多高密度連接頭和適配器，光引擎到端面的連接方式采用光纖柔性光背板shuffle的方式可以有效解決上述問(wèn)題。
柔性光背板產(chǎn)品設計在靈活的薄膜基板上，可自定義任何光纖路由線(xiàn)路，最大限度減少光纖交叉的應力，同時(shí)提供復雜信號通道的路由。常規的光纖配線(xiàn)架1U空間僅支持24芯光纖熔接和分配，按2m高的機柜40U空間計算，1臺機柜總容量?jì)H有24×40=960芯容量。利用光纖柔性板技術(shù)，結合高密度MT光纖接頭，1U光纖機箱可支持12×50=600芯光纖熔接和分配，按2m機柜40U空間計算，1臺機柜總容量可達600×40=24000芯，光纖配置容量為常規方案的20倍以上。
高密度連接器需求 Shuffle box依賴(lài)高密度連接器（如MPO/MMC連接器等）來(lái)實(shí)現高速、高密度的信號連接和傳輸，以滿(mǎn)足數據中心等應用場(chǎng)景對網(wǎng)絡(luò )性能和設備集成度的要求。CPO交換機內部需要大量光纖部署，采用高芯數的MPO可以有效縮減前面板所需端口數量。例如，51.2T CPO內部或需要1152根光纖，普通光纖1024F（和保偏光纖128F），若采用16芯MPO，則需要64個(gè)MPO連接器（16×64=1024），對應 CPO 前面板上需要 64個(gè)適配器端口�？梢詫Ρ纫幌�，如果不采用MPO，采用雙芯LC連接器，則1024F需要512個(gè)連接器（512×2=1024），那對應CPO前面板上需要512個(gè)適配器端口，普通1U尺寸的機箱容納不了這么多數量。這樣對比就突顯出來(lái)高密度連接器的需求。
保偏光纖強需求 CPO激光光源有兩種，集成激光源（ILS, Integrated Laser Source）和外部激光源（ELS，External Laser Source）。集成激光源（ILS）：是指將激光源與 PIC 集成在同一封裝上，形成單一封裝解決方案。外部激光源（ELS）：將激光源與 PIC 分離成一個(gè)獨立模塊。雖然這種配置占用的空間更大，但其優(yōu)點(diǎn)是制造工藝更簡(jiǎn)單、成本更低，降低ASIC芯片散熱對激光器穩定性影響。 由于其易于維護和廣泛的可及性，外部激光源（External laser source，ELS）是 CPO光源目前較多的解決方案。CPO光引擎的性能對于入射ELS光的偏振狀態(tài)非常敏感，需要外部光源發(fā)射信號時(shí)保持激光偏振態(tài)，因此需要保偏光纖（Polarization Maintaining Fiber, PMF）連接光源和交換芯片。保偏光纖的使用使得光在光纖中僅沿著(zhù)一個(gè)偏振方向傳播，保證了光信號傳輸的穩定性。由于保偏光纖成本較高，通常用于光信號的引入，而從光芯片到外部端面的光信號導出還是采用非保偏光纖。
光子集成電路(Photonic Integrated Circuit, PlC) 連接 硅基集成光電芯片與外部光纖之間的光互聯(lián)是芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)，需要在微米級范圍內實(shí)現光信號的低損耗傳輸和高對準精度的耦合。硅基材料因其高折射率特性，導致波導模場(chǎng)直徑通常遠小于單模光纖的模場(chǎng)直徑，從而在模式轉換時(shí)容易產(chǎn)生高插入損耗。3D光波導能夠實(shí)現光信號在三維空間的靈活引導和耦合，解決了傳統平面光波導技術(shù)的局限性，能適應更加復雜的封裝需求。通過(guò)先進(jìn)的加工工藝（如光刻、激光直寫(xiě)技術(shù)）制造的3D光波導，具備高精度的幾何控制和優(yōu)異的光學(xué)性能，為未來(lái)硅基光電芯片的高效互聯(lián)提供了可靠保障。
憑借 20 多年在光通信無(wú)源器件制造領(lǐng)域的深厚積累，億源通科技HYC 可為未來(lái) CPO 連接提供定制化光互聯(lián)解決方案： • 柔性光背板：支持自動(dòng)化光纖路由設計與布線(xiàn)，可滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)需求。 • MPO/MTP 高密度連接產(chǎn)品：依托高精密模具設計與精密注塑工藝，為 AI 數據中心提供高密度、高可靠性的光纖連接解決方案。 • 保偏 PM 產(chǎn)品：憑借成熟的工藝技術(shù)與關(guān)鍵工序自動(dòng)化生產(chǎn)能力，可確保產(chǎn)品的大規模供應與一致性。 • 光學(xué)技術(shù)平臺：具備空間光學(xué)設計與耦合、亞微米級對準、精密光學(xué)冷加工及光學(xué)檢測等能力，為光子集成電路 (PIC) 連接提供設計導入 (design-in) 和聯(lián)合開(kāi)發(fā)支持。 HYC 的光纖互聯(lián)方案不僅滿(mǎn)足 CPO 模塊的高性能需求，還支持未來(lái)光模塊集成化和高速互聯(lián)的發(fā)展趨勢。 |
