Ang CPO (Co-Packaged Optics) ay isang teknolohiya sa optoelectronic transmission na nag-iintegro ng optical engine at chip sa parehong substrate ng package, na maaaring gamitin pareho sa inter-rack at intra-rack connectivity upang lutasin ang mga problema sa bandwidth bottleneck, signal attenuation, at thermal management na kinakaharap ng tradisyonal na data center. Kasabay ng pagtaas ng pangangailangan sa computing power dahil sa AI, hindi na kayang tugunan ng tradisyonal na network infrastructure ang pangangailangan sa bandwidth sa panahon ng Agentic AI, kaya ang CPO ay naging direksyon para sa pagbobreakthrough. Ang NVIDIA, Broadcom, at iba pang mga malalaking kumpanya ay aktibong nagpapalaganap ng mga solusyon sa CPO switch. Sa kasalukuyan, ang pangunahing hamon ay ang advanced packaging process, thermal management, maintenance at repair, at standardization. Kumpara sa iba pang teknolohiya tulad ng NPO, OIO, CPC, LPO, at OCS, ang CPO ay ang susunod na henerasyon na solusyon na kailangang ma-breakthrough, at ang industriyal na halaga ay magiging nakatuon sa mga manufacturer ng switching chip at advanced packaging.

May-akda ng artikulo, pinagkukunan: Dolphin Research

Mula noong lumabas ang ChatGPT noong dulo ng 2022, sinimulan ng AI ang isang pagkakataon sa bawat super-industriya ng semiconductor—mula sa computing power (GPU), storage capacity (storage), hanggang sa command and control (CPU)—at nagdala ng bawat isang kumpanya na may halagang trilyon dolyar.

Kung may isang sektor sa infrastruktura ng AI na hindi pa nabubuo ang isang bilyon-dolyar na “pangunahing pwersa,” ang pinakamalaking pagkakataon ni Dolphin ay ang super koneksyon sa panahon ng AI. Kung ang computing power ang naglutas sa isyu ng “inteligensya” ng AI, at ang storage power ang naglutas sa isyu ng “kabisaan” ng AI, ang transportation power naman ang lulusot sa kung paano isasakay ang maikling at mahabang panahon na memorya sa isang rocket-fast na bilis papunta at pabalik sa sentro ng pag-iisip.

O, gamit ang salita ni AI Pope Huang Renxun, habang ang mga hadlang sa computing power at memory ay unti-unting nababawasan, ang enerhiya ay isang patuloy na hamon sa antas ng ika-10 taon; ang susunod na pangunahing hadlang ay ang mabilis na pag-uugnay ng network sa panahon ng AI, dahil ang tradisyonal na imprastruktura ng network sa panahon ng cloud ay hindi kayang tumugon sa pangangailangan sa bandwidth para sa mga trilyon-trilyon na parameter ng modelo, mixed experts (MoE), at lokal na pag-activate.

Sa artikulong ito, susundin natin ang paglipat patungo sa teknolohiya ng optikal-electrical transmission sa ilalim ng bilis ng pagpapadala ng AI—ang CPO—upang masuri ang pagpapadala ng network sa panahon ng AI. Ihihiwalay ni Dolphin ang pag-aaral sa CPO sa:

Ano ang CPO, at talagang makakapalit ba nito ang tradisyonal na mga koneksyon sa tanso?

Dalawa, kaya ba nito ang ganap na palitan ang mga kasalukuyang pangunahing plug-in optical module?

Tatlo, sa ilalim ng trend na ito, paano magbabago ang kompetisyon sa pagitan ng mga kumpanya sa iba’t ibang antas ng industriya?

Sa artikulong ito, una naming isasalin ang mga pangunahing isyu sa supply chain.

Narito ang detalyadong pagsusuri

01 Ano ang CPO?

Sa tradisyonal na arkitektura ng data center, may isang mahalagang bahagi na tinatawag na "optical module", na ang tungkulin ay i-convert ang optical signal na dinala ng liwanag sa electrical signal para ipasa sa data center, o i-convert ang electrical signal na ginawa sa loob ng data center sa optical signal at ipasa sa fiber optic, na naglalaro ng papel bilang "sambungan" at "tagasalin" sa pagpapadala ng data.

Sa pananaw ng paggamit, ang CPO (Common Packaging Optics) architecture ay naglalaman ng mga pag-andar ng tradisyonal na optical module, ngunit may dalawang malinaw na pagkakaiba:

1. Iba ang istruktura

Ang tradisyonal na optical module ay removable at tila parang水晶头 sa end ng network cable sa bahay, ngunit ang CPO ay iba; ito ay direktang ikinokombina ang optical engine na responsable sa konbersyon ng light at electrical signal, at ang chip (lalo na ang ASIC chip ng switch) sa iisang packaging substrate o intermediary layer.

2. Iba ang mga aplikasyon

Ang optical modules ay karaniwang ginagamit sa pagitan ng cabinets (scale-out); samantala, ang CPO ay maaaring gamitin sa pagitan ng cabinets o sa loob ng cabinets (scale-up). Kapag ginagamit sa pagitan ng cabinets, ito ang nagpapalit sa tradisyonal na optical modules; habang kapag ginagamit sa loob ng cabinets, ito ang nagpapalit sa kasalukuyang pangunahing copper connections.

Litrat: Schematik ng tradisyonal na plug-in na mode at CPO scheme

Pinagkunan: GTC 2025, Dolphin Research

Maaari nating makita na sa nakaraang panahon, parehong NVIDIA at Broadcom ay aktibong nagpapalaganap ng kanilang CPO switch solution.

Bakit kaya napapansin ang CPO technology? Dahil patuloy na tumataas ang pangangailangan sa computing power ng data centers, pati na rin ang eksponensyal na pagtaas sa pangangailangan sa bandwidth para sa data transmission, at habang nagpapalawak ang mga data center patungo sa direksyon ng super-scale computing clusters, ang mga lumang tradisyonal na teknolohiya sa data transmission ay magiging mga hadlang:

1. Bandwidth bottleneck

Sa mga skenaryo ng cabinet-to-cabinet, dahil sa limitadong espasyo sa panel ng tradisyonal na switch at ang mahirap i-minimize ang laki ng tradisyonal na plug-in optical module, limitado ang bilang ng port na maaaring ibigay ng isang switch, kaya hindi ito makakasunod sa patuloy na pagtaas ng mga pangangailangan sa bandwidth.

Kasalukuyang suporta ng pinakamataas na plug-in module ang 1.6 Tbps na bandwidth per module, at maaaring suportahan ng isang switch panel hanggang 51.2 Tbps na bandwidth; posibleng ilabas ang 3.2 Tbps module sa hinaharap, na maaaring suportahan ng switch hanggang 102.4 Tbps, na halos umabot na sa limitasyon ng plug-in optical module.

2. Bottleneck sa signal integrity

Sa loob ng rack, habang tumataas ang transfer rate, kung gagamitin ang tradisyonal na copper cable, ang elektrikal na signal ay makakaranas ng malubhang pagkabawas at distorsyon sa mahabang distansya, at ang transfer distance ay lalong magiging limitado.

Kasalukuyang suporta ng tanso na kable ang hanggang 1.8 TB/s na bandwidth (tulad ng NVLink copper cable ng NVIDIA), ngunit ang distansya ay limitado sa loob ng 2 metro lamang, habang ang pangangailangan sa bandwidth ng isang GPU ay patuloy na umuunlad patungo sa 3.6 TB/s.

3. Mga bottleneck sa pagpapalamig at pagkonsumo ng enerhiya

Dumarami ang pagkawala ng enerhiya sa tradisyonal na mga link ng komunikasyon kasabay ng pagtaas ng bilis ng pagpapadala, at mas mahirap na ang pagpapalamig. Alam natin na may malaking hadlang sa enerhiya sa pagtatayo ng mga data center sa Estados Unidos, kaya ang problema sa pagkawala ng enerhiya ay magdudulot ng malaking presyur sa gastos.

Ang CPO ay teoretikal na nakakasolusyon sa mga nabanggit na problema, ayon sa NVIDIA, ang paggamit ng CPO ay maaaring pataasin ang efficiency ng kapangyarihan ng 3.5 beses.

02 Sa partikular, ano ang mga escenario ng pagpapadala ng data sa data center?

Dito hinahati namin ang mga teknikal na landas ng pagpapadala ng data sa data center sa iba’t ibang skena at bahagi:

Larawan: Mga halimbawa ng Scale-out at Scale-up

Pinagkunan: NADDOD, Dolphin Research

1. Scale-up, pangunahing kinabibilangan ng interconnect sa loob ng cabinet

Kasangkot sa loob ng cabinet, lalo na sa pag-uugnay ng mga hardware sa server, kabilang na ang CPU, GPU, network card, DDR memory, at hard drive.

Kasalukuyang ang mga koneksyon na ito ay pangunahing gumagamit ng tanso bilang medium, kabilang ang mga PCIe slot para sa CPU, GPU, at network cards, pati na rin ang mga slot ng memorya (copper traces sa PCB), SATA cables, at iba pang uri ng copper cables. Ang CPO ay maaaring magbago sa kasalukuyang pangunahing solusyon.

2. Scale-out, pangunahing kinabibilangan ng pag-uugnay sa pagitan ng cabinet

Kasangkot pangunahin sa pag-uugnay sa mga cabinet o server at mga switch.

Ang bahaging ito ay nangangailangan ng light bilang medium ng koneksyon, at kasalukuyang ang fiber optics at plug-in optical modules ang pangunahing solusyon. Parehong ang CPO ay mahalagang trend, at mas mabilis ang pag-unlad nito kumpara sa mga sitwasyon sa loob ng cabinet.

3. Sa mas malalim na antas, mayroon pa ring pag-uugnay sa pagitan ng mga data center at sa pagitan ng mga data center at sa labas, ngunit hindi ito ang pangunahing paksa ng artikulong ito.

Batay sa pagpaplano ng mga malalaking kumpanya, ang CPO sa kasalukuyan ay pangunahing nakatuon sa mga sitwasyon sa pagitan ng cabinet, ngunit maaaring magdirekta sa mga sitwasyon sa loob ng cabinet sa hinaharap.

Ang 03 CPO ay kasalukuyang nasa unang yugto ng pagpapalaganap; ano ang pangunahing hadlang?

1. Pagiging matatag ng advanced packaging technology

Mula sa ilalim na teknolohiya, iba ang CPO sa mga tradisyonal na solusyon tulad ng plug-in optical modules. Ang mga tradisyonal na optical electronic components ay hindi malaki ang pagkakaiba sa teknolohiya ng produksyon kumpara sa mas malawak na optical electronic components at modules, ngunit kailangan ng CPO na i-package ang optical engine sa substrate o interposer, at ang pangunahing batayan ay ang advanced packaging technology tulad ng CoWoS.

Samantala, iba ang CPO kumpara sa karaniwang nauunawaang advanced packaging, dahil hindi lamang ito ay nag-iintegrate ng electronic integrated circuits, kundi pati na rin ang photonic integrated circuits, at ang heterogenous integration na ito ay nangangailangan ng hybrid bonding tulad ng TSMC COUPE technology.

Ang problema ay, sa isang bahagi, ang mga advanced packaging technology na ito ay may malaking hamon sa proseso, at parehong NVIDIA at Broadcom ay nakasalalay sa kapasidad ng TSMC, ngunit ang kapasidad ay limitado; Bukod dito, maaaring magkaroon ng mga hadlang sa suplay ng mga materyales tulad ng optical couplers at equipment, hybrid bonding equipment, testing equipment, at ABF substrates.

At ang kasalukuyang yugto, ang mga itinuturing na advanced packaging technologies, lalo na ang heterogeneous integration, ay may malaking potensyal para sa pagpapabuti ng yield, na nagdudulot ng mas mataas na gastos kumpara sa plug-and-play na solusyon. Kasalukuyang pinaghihirapan ni TSMC na pabutiin ang yield ng advanced packaging, ngunit kailangan pa ng ilang panahon.

2. Mga Isyu sa Pagsusuri at Pagpapanatili

Sa tradisyonal na plug-and-play na solusyon, dahil sila ay “plug-and-play”, madali ang pagpapanatili at pagpapabuti. Ngunit iba ang CPO; ang kanyang optical-electrical module ay diretso na nakapack sa substrate, intermediate layer, at kahit sa chip, kaya ang pagpapanatili at pagpapabuti ay mas mahirap kaysa sa tradisyonal na solusyon.

Ngunit maaaring lutasin ang mga problema na ito, tulad ng pagpapabuti ng antas ng tolerance sa disenyo, o pagpaplanong may redundancy sa operasyon, atbp.

3. Mga problema sa thermal management

Ang mataas na densidad na pagpapakilala ng light engine at chip ay nagdudulot ng malaking pagtaas ng temperatura sa lokal na lugar, kahit na lalampas sa limitasyon ng laser, kaya ang thermal management ay isang malaking problema. Upang lutasin ang mga problema na ito, kailangan ng mas epektibong solusyon sa pagpapalamig, ngunit ito ay magdudulot din ng dagdag na gastos.

4. Mga isyu sa pagpapastandard

Kasalukuyang naglalabas ng sariling kompletong independiyenteng CPO switch solution ang NVIDIA, Broadcom, at iba pa upang makakuha ng unang pagkakataon sa merkado. Gayunpaman, ang mga istandar ng industriya (tulad ng istandar ng interface at packaging) ay hindi pa nabubuo, kaya't mahirap para sa mga supplier at customer na mag-develop, mag-produce, at mag-configure batay sa isang magkakatulad na istandar—ito ang pangunahing hamon sa pagpapalaganap ng komersyalisasyon.

Sa kabuuan, makikita na ang lahat ng mga problema na ito ay may solusyon, ngunit kailangan ng pagiging matatag ng teknolohiya, pagbuo ng mga pamantayan, at iba pa—na lahat ay nangangailangan ng oras.

Sa kabilang panig, sa pinakamalalim na antas, ang teknolohiya ng CPO ay kailangang magkaroon ng kahusayan sa kabuuang gastos.

Kaya ito ay nagtataglay ng isang tanong: Anuman ang plano, ang gastos ay laging pangunahing pag-aalala, ngunit maliban sa CPO, mayroon ding iba pang mas advanced o mas konservatibong direksyon na nagpapatuloy, at paano sila nauugnay? Dito, muna nating hihiwalayin ang mga pagkakaiba ng iba’t ibang teknikal na direksyon.

04 Pagkukumpara ng Teknikal na Landas

1. CPO

Ang CPO, o co-packaged optics, na tinatalakay natin, ayon sa nakaraang pahina, ay ang pagpapakete ng optical engine at chip sa parehong substrate, kung saan ang chip ay maaaring switch chip (ASIC) o iba pang computing chip tulad ng GPU, ngunit karaniwan itong tumutukoy sa switch chip.

2. NPO

Ang NPO ay ang Near-Packaged Optics, na mas maikli sa CPO, at hindi pa nagkakaroon ng pagkakapaloob sa parehong base o intermediate layer, kundi lamang sa parehong PCB motherboard.

Sa China, kasama ang Alibaba at Huawei, ay nagpapalaganap ng mga solusyong NPO, na maaaring tingnan bilang isang kompromiso dahil sa kakulangan sa kapasidad ng advanced packaging, ngunit maaaring maging pangunahing solusyon sa Chinese market sa ilang panahon, na may epekto sa pagpasok ng mga solusyon ni NVIDIA sa market.

Larawan: Pagpapakita ng iba’t ibang paraan ng integrasyon: (mula sa itaas pababa ay ang plug-and-play, NPO, CPO (integrated sa packaging substrate), CPO (integrated sa interposer), at ang OIO na ipapaliwanag sa ibaba)

Pinagkunan: ASE, Dolphin Research

3、OIO

Ang OIO (Optical I/O) ay maaaring ituring na pag-unlad ng CPO, kung saan wala nang ugnayan sa switch chip, at pangunahing nauugnay sa compute chip; ito ay tumutukoy sa pagpapakel ng optical engine kasama ang compute chip, o kaya ay direkta na pagkakaisa sa antas ng chip, at ito ay direkta na para sa loob ng cabinet.

Litrat: Pagpapakita ng iba’t ibang paraan ng integrasyon: plug-and-play, CPO, OIO

Source: TSMC, Openlight, Dolphin Research

Sa pag-uusap dito, ipaliwanag natin muli ang arkitektura ng data center:

Ang data center ay maaaring ituring bilang mga bahagi na magkakaugnay:

Ang server ay nakatuon sa mga computasyonal na gawain, na may nakakabit na GPU, CPU, at iba pang mga chip para sa pagkalkula, kasama ang memorya at hard drive;

Ang switch ang responsable sa pagitan ng mga server at sa pagkomunikasyon ng mga server patungo sa labas, na nagpapagana ng pagpapalitan ng data sa pamamagitan ng ASIC chip;

Bukod dito, mayroon ding storage system, kung saan sa kasalukuyang pangunahing arkitektura ng data center, ang storage ay pangkabuuang nakakalat sa mga server node at nakaposisyon sa loob ng server, na nakakasalungat sa server.

Batay sa arkitekturang ito, maaari nating isipin ang mga aplikasyon ng CPO. Sa batayang ito, tatalakayin natin kung bakit unang nagsimula ang CPO sa switch chip?

Dito, isasalin natin ang papel ng switch bilang isang komparasyon—ang switch ay maaaring tingnan bilang isang overpass sa loob ng data center, kaya isipin ninyo na ang presyur sa bandwidth ng pagpapadala ng data, ang density ng port, at ang kaakibat na bottleneck sa pagkain ng enerhiya ay ang pinakamalaki, kaya natural na mas malakas ang pangangailangan sa CPO.

4. CPC

CPC, o Co-Packaged Copper, ay tumutukoy sa pagpapalit ng mga high-speed copper connector nang direkta sa packaging substrate.

Ang kahusayan sa gastos ng teknolohiyang ito ay napakalaking, ngunit hindi pa rin ito nakakasolusyon sa mga limitasyon sa bandwidth at pagkabawas ng tanso, kaya limitado ang mga aplikasyon nito—maaari itong gamitin bahagya sa pagkonekta ng mga GPU/CPU node, switch, at storage chip sa loob ng rack. Kasalukuyan pa ring ginagamit ng NVIDIA ang copper connection sa kanilang rack solution, ngunit maaaring maglipat sa optical interconnect sa hinaharap.

5. LPO

Ang LPO ay ang Linear-Drive Pluggable Optics, isang mas maliit na bersyon ng pluggable optics na nagtatanggal ng loobang DSP/CDR chip at nananatili at pinapalakas ang analog chip na Driver at TIA (ang tungkulin ng mga bahaging ito ay ipapaliwanag namin sa susunod), upang makamit ang direct signal drive.

Sa madaling salita, direct na tanggalin ang DSP chip na may mataas na pagkonsumo ng enerhiya sa optical module, at iwasan ang signal error correction; samantala, palakasin ang analog chip, kahit anong kalidad ng signal, gamit ang analog amplification, direktang i-drag ang elektrikal na signal mula sa switch ASIC upang palakasin ang laser.

Larawan: Pagkukumpara ng tradisyonal na modelo at LPO structure

Pinagkunan: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

Ngunit mayroon pa ring problema dito, dahil ang mga PCB trace ay hindi napapalitan (nagdudulot ng pagkawala ng signal), samantalang mas mataas ang kinakailangang kalidad ng signal, kaya't limitado pa rin ang malayong pagpapadala. At kapag umabot sa mas mataas na antas ng bilis (higit sa 1.6T), ang mga isyu sa signal integrity ay lalong magiging malinaw. Ibig sabihin, habang sinisimpleng istruktura, may pagkawala din sa performance.

Sa kabuuan, makikita natin na bagaman mayroong mga kompromisong solusyon tulad ng NPO, CPC, at LPO, ang mga solusyong ito ay magkakaroon ng mga hadlang habang lumalago ang mga data center patungo sa mas mataas na bilis at mas malalaking cluster; ang CPO ay ang susunod na henerasyon ng solusyon na kailangang masikapin.

6. Ano ang optical circuit switch (OCS), at babanta ba ito sa posisyon ng CPO?

Tungkol dito, hindi maiiwasang makasalig sa OCS (Optical Circuit Switch). Ang pangunahing katangian ng ganitong uri ng switch ay walang elektriko-optikal na pagbabago sa buong proseso; ito ay gumagamit ng isang matrix ng optical switch upang direktang magtatag ng pisikal na optical path sa optical domain.

Litrat: Schematik ng OCS

Pinagkunan: Orbray, Dolphin Research

Maaaring isipin nang malinaw na ito ay gawa sa isang hanay ng mga salamin (array ng micro-mirrors) na maaaring ayusin ang anggulo ng bawat salamin ayon sa utos upang i-reflected ang liwanag sa iba’t ibang direksyon.

Sa surface, ang OCS ay direktang ipinapadala ang optical signal, nagpapalit sa tradisyonal na proseso ng optical-to-electrical at electrical-to-optical conversion ng switch, kaya tila hindi kailangan ang CPO gamit ang ganitong teknikal na landas (kung hindi man sa switch na bahagi). Ngunit hindi talaga ganito.

Dito ay isasalin natin ang arkitektura ng switch sa data center:

(1) Sa loob ng mainboard: Una, alam nating ang pinakamahalagang pagkalkula sa data center ay ginagawa sa pamamagitan ng GPU. Pagkatapos ng GPU computation, kailangang ipasa ang data sa CPU, at pagkatapos ay ipapasa ng CPU sa network card (na naglalaman ng ASIC), o maaari ring ipasa nang direkta ng GPU sa network card.

Kaya maipagawa ang mga bahaging ito sa isang motherboard, o kaya ay kahit sa isang server lamang.

(2) Sa loob ng rack: Pagkatapos, ang data ay ipapadala mula sa server patungo sa switch ng rack. Maaaring magkaroon ng maraming server na may mataas na bilis ng koneksyon sa loob ng isang rack, ngunit kailangan may switch sa itaas ng rack upang makipag-ugnayan sa labas at magpalitan ng data sa pagitan ng loob at labas ng rack. Ang switch na ito ay tinatawag na ToR (Top of Rack) switch.

At ang mga bahaging ito ay natutupad sa iisang cabinet.

(3) Sa pagitan ng racks: Ang data center ay isang kluster ng maraming racks; paano ang pagpaplano ng komunikasyon sa pagitan ng racks? Dito naglalaman ang papel ng Spine switch. Ang Spine switch ang nagpapamahala sa lahat ng mabilis na koneksyon sa pagitan ng lahat ng Leaf switches at sa labas ng data center; ito ang sentro ng buong network ng switches sa loob ng data center.

Litrat: Pagkakasunod-sunod ng Spine switch at Leaf switch sa data center

Pinagkunan: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

Ang OCS ay pangunahing ginagamit upang palitan ang mga Spine switch.

Una, ang mga switch na Spine ay may mataas na presyo at mataas na pagkonsumo ng enerhiya, kaya ang pangangailangan para sa mga alternatibo ay pinakamalaking.

Sa pangalawa, ang limitado ang papel ng OCS; ito ay nagpapadala lang ng signal (nagpapalit ng liwanag), tulad ng isang salamin. Ngunit mas kompletong pag-andar ang tradisyonal na switch—kailangan itong i-deconstruct ang mga packet, tingnan ang IP address, at pumili kung saan ito i-reroute. Halimbawa, dahil ang OCS ay nagpapatupad lamang ng mga utos at walang kakayahang magpasya, maaaring gamitin ito bilang Spine switch lamang sa ganitong kaso. Ngunit kung gusto mong palitan ang Leaf switch, kailangan ng karagdagang mga komponente upang magawa ang “packet processing” function, tulad ng SmartNIC; samakatuwid, mas kumplikado ang arkitekturang ito, at hindi ito laging pinakamahusay na solusyon.

Sa pagtingin nito, malinaw na ang arkitektura:

Sa kasalukuyan, ang mga switch na CPO na ipinakilala ng NVIDIA tulad ng Quantum X800-Q3450 at ng Broadcom tulad ng Tomahawk 6 - Davisson ay Spine switches, habang ang OCS switch na ipinopromote ng Google ay nagpapalit rin sa tradisyonal na Spine switch, kaya may direktang kompetisyon sila.

Ngunit sa huli, bagaman may pagkakataon ang OCS na palitan ang Spine switch, sa mas mababang antas, sa pagkonbersyon ng elektriko-pang-光 sa mga Leaf switch, pati na rin sa pagkonekta sa pagitan ng mga motherboard sa server (gamit ang network card ASIC o NVSwitch, atbp.), at sa pagkonekta sa pagitan ng mga compute chip at compute chip sa motherboard, at sa pagitan ng compute chip at network card ASIC, kailangan pa rin ng CPO. Kaya sa hinaharap, mas maraming pagkakataon silang magkakatulungan.

Ano ang mga bahagi ng产业链 na kasangkot?

(1) Una, i-interpret ang prinsipyo at arkitektura ng CPO

Ang CPO ay maaaring ituring na upgraded na optical engine, at ang papel ng optical engine ay magawa ang conversion ng optical sa electrical, at ito ay pangunahing binubuo ng mga sumusunod na bahagi:

1. Bahagi ng photonic circuit

(1) Modulator: Sa pamamagitan ng pagkontrol sa lakas at signal ng liwanag, isinusulat ang elektrikong signal (0/1 digital) bilang光信号.

(2) Detector: Ito ay PD (Photodiode, photodiode), na nagkakaroon ng pagbabago ng light signal sa electrical signal.

(3) Waveguide: Maaaring maunawaan bilang mikroskopik na optical fiber na inilalagay sa loob ng chip.

2. Bahagi ng elektronikong circuit

(1) Driver: Pinapalakas ng driver ang mahinang elektrikong signal mula sa switch o server upang maging elektrikong signal na makakapag-control nang tumpak sa pagliwanag ng laser, kaya ang susunod na bahagi ng driver ay ang modulator.

(2) TIA (Transimpedance Amplifier): Pinapalakas at binabago ang napakaliit na elektrikong signal na ginawa ng PD, upang maging voltage signal na maaaring gamitin ng susunod na circuit, kaya ang TIA ay ang sumusunod na bahagi ng PD.

3. Pinagmumulan ng liwanag, o laser

Hindi makapaglalabas ng liwanag ang modulator, ngunit makakontrol ito ng liwanag, kaya kailangan ng isang komponenteng nakakalabas ng liwanag na kasama nito, na ang tawag ay laser.

Impormasyon: Schematik ng istruktura ng light engine

Source: Zong ZeGuo et al., "Research on 400G FR4 Silicon Photonic Transceiver Module," Dolphin Research

Mayroon pa dalawang bahagi:

4, ang DSP at CDR ay parehong ginagamit para ayusin ang elektrikal na signal. Ang isa ay para kompensahan ang pisikal na pinsala sa elektrikal na signal, habang ang isa pa ay para sa pagkuha ng tumpak na klok mula sa nasirang signal at pagpapabuti ng oras ng data, kung saan karaniwang isinasama ang function ng CDR sa DSP chip.

Ang isang pagkakatulad ng CPO at LPO ay ang pag-alis ng DSP na may mataas na pagkonsumo ng enerhiya, mataas na gastos, at source ng delay mula sa optical engine. Gayunpaman, sa CPO, ang ilang mga pag-andar ng DSP ay ikinabukod sa switch ASIC, habang ang LPO ay gumagamit ng isang analog chip para pahinaan ang signal. Bukod dito, ang CPO ay ikinabukod din ang CDR sa high-speed SerDes.

Ano naman ang高速SerDes? Ang高速SerDes ay binubuo ng Ser serializer at Des deserializer, na nasa loob ng ASIC chip, na ginagamit upang i-package ang parallel na data mula sa chip bilang isang mabilis na serial data stream, o upang i-depackage at i-recover ang mabilis na serial data stream bilang maraming mabagal na parallel na data.

(2) Tingnan natin ang buong chain ng CPO at kung anong mga bahagi ang kasali rito:

1. Una sa lahat ay ang kabuuang CPO

Ang light engine sa CPO ay naglalaman ng mga bahaging photonik at elektronik na nabanggit, at ang light engine kasama ang ASIC chip ay bumubuo sa pangunahing bahagi ng CPO switch. Una nating pag-usapan ang pangunahing tanong: Sino ang gagawa nito?

Ang tradisyonal na optical module, na binubuo ng mga optical component, discrete devices, at iba pa, ay maaaring buong-pusong maibigay ng mga espesyalisadong manufacturer tulad ng Zhongji Shuangchuang, XinYisheng, at Coherent na kilala natin; pero ano naman ang CPO? Walang paraan na maaaring pangunahan pa nila ito.

Naniniwala tayo na ang direksyon ng halaga ng industriya sa ilalim ng CPO ay magiging ganito:

(1) Mga tagapag-ugnay at platform na may kontrol sa pangunahing teknolohiya: Mga tagapag-define ng arkitektura at pamantayan at mga nagbebenta ng buong produkto, tulad ng NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell na mga tagapag-ibigay ng sistema at chip para sa data center;

(2) Contract manufacturer: Gamit ang mga Fab factory tulad ng TSMC, UMC, at Amkor para sa paggawa ng wafer, optical integration, at advanced packaging contract manufacturing;

(3) Mga suplayer sa itaas: Patuloy na nagpapagawa at nagbibigay ng mga komponente sa optoelektroniko ang Coherent/Lumentum.

(4) Mga tradisyonal na manufacturer ng optical module: Ang Zhongji Xuchuang/Xinyisheng at iba pa ay patuloy na nag-aalok ng optical engine modules sa ilalim ng mga intermediate approach tulad ng NPO at LPO, at mga kompromisong CPO design na batay sa pagpapahalaga sa pagpapanatili.

2. Bukod sa core optical engine ng CPO, may ilang komponente pa na dapat pansinin

(1) Laser

Ang CPO ay maaaring i-integrate lamang ang mga komponente ng opto-electric conversion; ang direkta na i-integrate ang laser ay may mga hamon pa, kaya kailangan pa rin ng external laser. Samantala, ang pamamahinga sa kapangyarihan ng laser ng CPO ay tumataas nang malaki (kamakailan ay kailangan ng 3-4 beses na higit pa), at ang mga kinakailangang performance at reliability ay umabot din sa mas mataas na antas, kaya ang halaga nito ay lalaki nang malaki.

Gayunpaman, may pagpili ng teknikal na direksyon dito:

1) EML laser: tradisyonal na paraan, ito ay nag-iintegrad ng laser at modulator; ang kahusayan nito ay angkop para sa 200G at higit pa sa mataas na bandwidth at malayong komunikasyon. Ang ruta na ito ay pinamamahalaan ng mga malalaking kumpanya tulad ng Lumentum, II-VI (Coherent), at Sumitomo.

2) CW laser: Bagong ruta na nag-iisa ang laser, na may kabuuang kahusayan sa gastos at pagkonsumo ng enerhiya, at mas angkop sa hinaharap na CPO route. Ang pagkakasuplay ng CW laser ay relatibong fleksible; ang mga kumpanya sa Tsina tulad ng Source Photonics, Shijia Photonics, at Changguang Huaxin ay nagsagawa na ng mass production ng mga produkto na 70mW/100mW at nakakuha ng malalaking order.

Litrat: Pagkakaiba ng EML at CW laser

Pinagkunan: Sumitomo Electric, Dolphin Research

Susunod ay ang apat na pangunahing optical component na karaniwang hindi ginagamit sa tradisyonal na path ng plug-in optical module:

(2) Fiber Array Unit (FAU): Ginagamit upang i-install nang tumpak ang mga optical fiber upang makamit ang mataas na pagkakatugma sa pagitan ng optical fiber at waveguide.

Larawan: Fiber Array Unit

Pinagkunan: Corning, Dolphin Research

(3) Polarization Maintaining Fiber (PMF): Isang espesyal na fiber na ginagamit upang panatilihin ang estado ng polarisasyon ng light wave.

(4) Fiber Shuffle: Ginagamit para ayusin ang mga fiber optic, maaari itong muling ayusin ang posisyon ng mga fiber optic sa mga komplikadong mataas na densidad na aparato.

Litrat: Ipinapakita ng Fiber Shuffle

Source: Hyoptic, Dolphin Research

(5) Fiber optic connector (MPO, Multi-Fiber Push On): Ginagamit para sa pagkonekta sa pagitan ng maraming core na fiber.

Litrat: Schematik ng MPO port

Pinagkunan: Senko, US Conec, Dolphin Research

Bakit kadalasan ay hindi ginagamit ang mga komponenteng ito sa tradisyonal na optical modules?

(1) Sa tradisyonal na modelo, ang optical fiber ay diretso na isinasaksak sa standard na interface, ngunit sa CPO, kailangan ng mataas na pagkakatugma ang optical fiber sa waveguide sa ibabaw ng optical chip, kaya kailangan ang FAU;

(2) Ang tradisyonal na paraan ay direktang modulasyon, na hindi sensitibo sa polarizasyon ng light wave, at dahil sa mataas na gastos ng polarization-maintaining fiber (PMF) sa nakaraan, hindi ito gaanong angkop para sa industriyalisasyon; ngunit ang CPO ay gumagamit ng external laser para sa光源, at ang polarizasyon ng laser ay nagdudulot ng malaking pagkawala ng enerhiya, kaya kinakailangan ang PMF;

(3) Ang tradisyonal na modelo ay karaniwang may dalawang fiber lamang, isa para sa pagpapadala at isa para sa pagtanggap, at walang mas kumplikadong fiber na kailangang i-connect sa backplane, kaya ang manual na paggawa ay sapat, walang kailangang Fiber Shuffle, ngunit kailangan ang Fiber Shuffle sa CPO;

(4) Sa parehong paraan, ang tradisyonal na module ay hindi nangangailangan ng maraming interface, ngunit kung ang CPO ay umabot sa higit sa 400G, kailangan ng 8 o kaya ay 16 na optical fiber na magkakasabay na magtatransmit, samantalang limitado ang espasyo sa panel, kaya kailangan ng MPO na multi-core connector.

Sasabihin namin ang pagsusuri tungkol sa market size at mga pagkakataon sa pag-invest sa mga sektor ng industriya na kasangkot sa CPO sa susunod na parte.