CPO (Co-Packaged Optics) est une technologie de transmission optoélectronique qui intègre directement le moteur optique et la puce sur le même substrat de封装, applicable à la fois aux interconnexions entre armoires et à l'intérieur des armoires, afin de résoudre les problèmes de goulot d'étranglement en bande passante, d'atténuation du signal et de gestion thermique auxquels font face les centres de données traditionnels. Avec l'explosion de la demande en puissance de calcul générée par l'IA, les infrastructures réseau traditionnelles ne peuvent plus répondre aux exigences de transmission en bande passante de l'ère de l'IA agente ; le CPO devient donc une voie de rupture. Des géants comme NVIDIA et Broadcom encouragent activement les solutions d'intercommutateurs CPO, qui rencontrent actuellement des défis majeurs liés aux procédés de封装 avancés, à la gestion thermique, à la maintenance et à la standardisation. Par rapport à d'autres voies technologiques telles que NPO, OIO, CPC, LPO et OCS, le CPO constitue la prochaine génération de solutions incontournables, et la valeur industrielle se concentrera sur les fabricants de puces d'interconnexion et les entreprises spécialisées dans le封装 avancé.

Auteur et source de l'article : Dolphin Research

Depuis la sortie de ChatGPT à la fin de l'année 2022, l'IA a stimulé une série d'opportunités dans des super-industries semi-conductrices — de la puissance de calcul (GPU), à la capacité de stockage (stockage), en passant par la commande et la coordination (CPU) — ainsi qu'une succession d'entreprises valorisées à des milliers de milliards de dollars.

Si, dans l'infrastructure de l'IA, il reste encore un segment attendu pour voir émerger un « roi explosif » d'une capitalisation de mille milliards, le Delfin considère que le super-connecteur de l'ère de l'IA est celui qu'il surveille le plus attentivement. Si la puissance de calcul résout la question de l'« intelligence » de l'IA, et la capacité de stockage celle de la « mémoire », la capacité de transport doit permettre d'envoyer les mémoires à court et long terme à une vitesse fulgurante, comme une fusée, vers et depuis le centre cognitif.

Ou, pour reprendre les propos de Jensen Huang, le « pape » de l’IA, alors que les goulots d’étranglement en termes de puissance de calcul et de mémoire s’atténuent progressivement, l’énergie reste un défi constant au niveau du lycée ; le prochain point critique sera l’interconnexion à haute vitesse des réseaux à l’ère de l’IA, car les infrastructures réseau de l’ère du cloud traditionnel sont totalement inadéquates pour répondre aux exigences en bande passante générées par des modèles de plusieurs milliers de milliards de paramètres, les experts mixtes (MoE) et l’activation locale.

Dans cet article, nous poursuivons notre exploration de la transmission réseau à l'ère de l'IA en nous concentrant sur la technologie de transmission optoélectronique CPO, qui permet une transition progressive sous la vitesse de transmission du réseau AI. La recherche de DaLun sur la CPO se divise en :

I. Qu'est-ce que le CPO, et peut-il vraiment remplacer les connexions en cuivre traditionnelles ?

Deuxièmement, peut-il remplacer complètement les modules optiques interchangeables dominants actuels ?

Troisièmement, dans cette tendance, comment la dynamique concurrentielle entre les entreprises en amont et en aval du secteur va-t-elle évoluer ?

Dans cet article, nous passons d'abord en revue les questions fondamentales de la chaîne de valeur.

Voici l'analyse détaillée

01 Qu'est-ce que le CPO ?

Dans l'architecture traditionnelle des centres de données, un composant essentiel est le « module optique », qui convertit le signal lumineux reçu par la fibre en signal électrique pour le transmettre au centre de données, ou inversement, transforme le signal électrique généré dans le centre de données en signal lumineux pour le transmettre via la fibre optique, jouant ainsi un rôle de « pont » et de « traducteur » dans la transmission des données.

Sur le plan fonctionnel, l'architecture CPO (Co-Packaged Optics) intègre les fonctions des modules optiques traditionnels, mais présente deux différences notables :

1. Structure différente

Les modules optiques traditionnels sont plug-and-play et ressemblent extérieurement aux connecteurs RJ45 des câbles réseau domestiques, mais la CPO est totalement différente : elle intègre directement l'engine optique responsable de la conversion optoélectronique et le puce (principalement le puce ASIC de l'intercommutateur) sur la même sous-plaque ou le même intercalaire.

2. Les scénarios d'utilisation sont différents

Les modules optiques sont généralement utilisés entre les armoires (c’est-à-dire Scale-out) ; tandis que le CPO peut être utilisé à la fois entre les armoires et à l’intérieur des armoires (Scale-up). Lorsqu’il est utilisé entre les armoires, il remplace les modules optiques traditionnels ; lorsqu’il est utilisé à l’intérieur des armoires, il remplace les connexions cuivre actuellement dominantes.

Figure : Schéma comparatif du modèle traditionnel plug-in et de la solution CPO

Source : GTC 2025, Dolphin Research

Nous pouvons constater que, récemment, à la fois NVIDIA et Broadcom encouragent activement leurs solutions de commutateurs CPO.

Pourquoi la technologie CPO est-elle ainsi largement reconnue ? Parce que la demande en puissance de calcul des centres de données continue d’augmenter, la demande en bande passante pour la transmission des données connaît une croissance exponentielle, et les centres de données évoluent vers des clusters de puissance de calcul ultra-échelle. Dans ce processus, les anciennes technologies de transmission de données traditionnelles deviennent de nombreux obstacles :

1. Goulot d'étranglement de la bande passante

Pour les scénarios inter-racks, en raison de l'espace limité sur les panneaux des commutateurs traditionnels et de la difficulté à réduire la taille des modules optiques interchangeables traditionnels, le nombre de ports disponibles par commutateur est restreint, ce qui empêche de répondre aux exigences de bande passante de plus en plus élevées.

Les modules interchangeables prennent actuellement en charge jusqu'à 1,6 Tbps par module, avec une capacité maximale de 51,2 Tbps par panneau d'interconnexion. À l'avenir, des modules de 3,2 Tbps pourraient être lancés, portant la capacité maximale de l'interconnexion à 102,4 Tbps, ce qui approche presque la limite des modules optiques interchangeables.

2. Goulots d'étranglement de l'intégrité du signal

Dans un scénario d'armoire, à mesure que la vitesse de transmission augmente, l'utilisation de câbles en cuivre traditionnels entraîne une atténuation et une distorsion sévères du signal électrique sur de longues distances, tout en limitant de plus en plus la portée de transmission.

Les câbles en cuivre actuels peuvent supporter une bande passante maximale de 1,8 To/s (comme les câbles NVLink en cuivre de NVIDIA), mais la distance est strictement limitée à moins de 2 mètres, tandis que la demande en bande passante par GPU unique progresse vers 3,6 To/s.

3. Gestion de la chaleur et goulets d'étranglement de consommation d'énergie

À mesure que les débits de transmission augmentent, la consommation d'énergie des liaisons de communication traditionnelles augmente considérablement, tout comme les difficultés de dissipation thermique. Nous savons que la construction de centres de données aux États-Unis fait face à d'énormes obstacles énergétiques ; par conséquent, les problèmes de consommation d'énergie entraînent une pression significative sur les coûts.

CPO peut théoriquement résoudre efficacement les problèmes mentionnés ci-dessus ; selon NVIDIA, l'application de CPO permet d'augmenter l'efficacité énergétique de 3,5 fois.

02 Plus précisément, quels sont les scénarios de transfert de données dans les centres de données ?

Ici, nous décomposons les routes technologiques de transmission des données dans les centres de données pour différents scénarios et étapes :

Illustration : Exemples de scale-out et de scale-up

Source : NADDOD, Dolphin Research

1. Mise à l'échelle, principalement impliquant l'interconnexion à l'intérieur du rack

Il s'agit principalement des interconnexions matérielles à l'intérieur du rack, en particulier entre les composants du serveur, tels que le CPU, le GPU, la carte réseau, la mémoire DDR et les disques durs.

Actuellement, cette partie des connexions utilise principalement du cuivre comme support de connexion, incluant les slots PCIe pour connecter le CPU, le GPU et les cartes réseau, ainsi que les slots mémoire (pistes en cuivre sur le PCB), les câbles SATA, et divers autres câbles en cuivre. La CPO pourrait bouleverser la solution dominante actuelle.

2. Mise à l'échelle horizontale, principalement impliquant l'interconnexion entre armoires

Implique principalement l'interconnexion entre les armoires ou serveurs et les commutateurs.

Cette connexion nécessite désormais la lumière comme support de transmission, avec les fibres optiques et les modules optiques interchangeables comme solutions principales. Le CPO constitue également une tendance importante et progresse plus rapidement que dans les scénarios à l'intérieur des armoires.

3. De plus, il existe des interconnexions entre les centres de données et entre les centres de données et l'extérieur, qui ne constituent pas le focus de cet article.

Du point de vue du déploiement des géants, le CPO est actuellement principalement orienté vers les scénarios entre armoires, mais pourrait à l'avenir s'étendre aux scénarios à l'intérieur des armoires.

03 CPO est actuellement en phase de promotion initiale ; quelles sont les principales limites auxquelles il fait face ?

1. Maturité des technologies de conditionnement avancé

Sur le plan technologique, le CPO est fondamentalement différent des solutions traditionnelles telles que les modules optiques interchangeables. Les composants optoélectroniques traditionnels ne présentent pas de différences majeures en termes de technologie de fabrication par rapport aux composants et modules optoélectroniques plus larges, mais le CPO nécessite le封装 de l'opto-engine sur une substrate ou un interposer, en s'appuyant principalement sur des technologies d'empaquetage avancées telles que CoWoS.

En parallèle, par rapport à l’emballage avancé tel que nous le comprenons habituellement, le CPO se distingue également en ce qu’il ne s’agit pas seulement d’intégrer des circuits intégrés électroniques, mais aussi des circuits intégrés photoniques, ce qui nécessite une intégration hétérogène réalisée par des techniques de liaison hybride telles que la technologie COUPE de TSMC.

Le problème réside dans le fait que, d’une part, les technologies de conditionnement avancé mentionnées ci-dessus présentent une grande complexité technologique : que ce soit NVIDIA ou Broadcom, elles dépendent toutes deux de la capacité de TSMC, mais cette capacité est limitée. En outre, l’approvisionnement en matériaux tels que les optocoupleurs et équipements, les équipements de liaison hybride, les équipements de test et les substrats ABF peut également rencontrer des obstacles.

En outre, les taux de rendement des technologies de conditionnement avancé mentionnées ci-dessus, en particulier l’intégration hétérogène, présentent encore un grand potentiel d’amélioration, ce qui entraîne des coûts bien supérieurs à ceux des solutions interchangeables. TSMC s’efforce actuellement d’améliorer le taux de rendement des conditionnements avancés, mais cela nécessitera encore un certain temps.

2. Problèmes de révision et d'entretien

Pour les solutions traditionnelles interchangeables, étant donné qu'elles sont « interchangeables », leur inspection et leur maintenance sont faciles. Cependant, le CPO est totalement différent : ses modules optoélectroniques sont directement encapsulés avec le substrat, l'interposer, voire la puce, ce qui rend l'inspection et la maintenance nettement plus difficiles que pour les solutions traditionnelles.

Mais ces problèmes peuvent également être résolus, par exemple en augmentant la tolérance aux erreurs au niveau de la conception ou en mettant en place une redondance au niveau opérationnel.

3. Problèmes de gestion thermique

Le package à haute densité entre le light engine et la puce provoque une élévation locale de température significative pendant le fonctionnement, dépassant même la limite de tolérance du laser ; la gestion thermique est donc également un grand défi. Pour résoudre ces problèmes, il faut introduire des solutions de dissipation thermique plus efficaces, ce qui implique également des coûts supplémentaires.

4. Problèmes de standardisation

Actuellement, NVIDIA, Broadcom et d'autres entreprises lancent activement leurs propres solutions de commutateurs CPO complètes et indépendantes pour saisir un avantage sur le marché. Toutefois, les normes industrielles (normes d'interface, normes de package, etc.) ne sont pas encore établies, ce qui rend difficile le développement, la production et la configuration harmonisés en amont et en aval, constituant ainsi un obstacle à la commercialisation.

En résumé, il est clair que des solutions existent pour tous les problèmes mentionnés ci-dessus, mais elles dépendent de la maturité technologique et de l'établissement de normes, ce qui prend du temps.

D'autre part, fondamentalement, la technologie CPO doit créer un avantage en termes de coût global.

Cela soulève alors une question : quel que soit le scénario, le coût reste toujours un facteur central, mais d'autres approches, plus avancées ou plus conservatrices, sont également en cours de développement en dehors du CPO ; quelles sont les relations entre elles ? Ici, commençons par distinguer les différences entre les différentes voies technologiques.

04 Comparaison des approches techniques

1. CPO

CPO, soit l'optique co-emballée (Co-Packaged Optics), dont il a été question ci-dessus, désigne le fait d'emballer le moteur optique et la puce sur la même sous-couche ; cette puce peut être une puce de commutation (ASIC) ou d'autres puces de calcul telles qu'une GPU, mais elle désigne généralement une puce de commutation.

2、NPO

NPO désigne l'optique près-empaquetée (Near-Packaged Optics), un niveau moins avancé que la CPO, car elle n'atteint pas encore l'échelle de l'empaquetage sur la même sous-couche ou le même intercalaire, mais se limite à l'empaquetage sur la même carte mère PCB.

En Chine, des entreprises comme Alibaba et Huawei promeuvent des solutions NPO, ce qui peut être vu comme un compromis face au manque de capacité de conditionnement avancé, mais qui pourrait devenir la solution dominante sur le marché chinois pendant un certain temps, affectant ainsi dans une certaine mesure la pénétration des solutions NVIDIA sur le marché chinois.

Figure : Différentes méthodes d'intégration : (de haut en bas, méthode interchangeable, NPO, CPO (intégré sur le substrat du paquet), CPO (intégré sur l'interposeur), et OIO, qui sera abordé ci-dessous)

Source : ASE, Dolphin Research

3. OIO

L'OIO (Optical I/O) peut être considéré comme une évolution du CPO ; il n'y a plus de puce de commutation impliquée, mais uniquement une connexion avec la puce de calcul, consistant à intégrer le moteur optique avec la puce de calcul, voire à les combiner directement au niveau de la puce, ce qui cible exclusivement les scénarios au sein d'un rack.

Illustration : Différentes méthodes d'intégration présentées : remplaçable, CPO, OIO

Sources : TSMC, Openlight, Dolphin Research

En parlant de cela, clarifions encore la structure du centre de données :

Le centre de données peut être considéré comme une interconnexion des éléments suivants :

Le serveur est dédié aux tâches de calcul et est équipé à l'intérieur de puces de calcul telles que GPU, CPU, ainsi que de mémoire, de disques durs, etc.

L'interrupteur gère la communication réseau entre les serveurs et entre les serveurs et l'extérieur, en réalisant l'échange de données via des puces ASIC ;

En plus de cela, il existe un système de stockage ; dans l'architecture actuelle des centres de données, les dispositifs de stockage sont principalement répartis sur les nœuds serveur et intégrés à l'intérieur des serveurs.

Sur la base de cette architecture, nous pouvons imaginer les scénarios d'application du CPO. À partir de là, examinons pourquoi le CPO a commencé par les puces de commutation.

Ici, nous faisons une analogie du rôle de l’intercommutateur — l’intercommutateur peut être vu comme un échangeur autoroutier à l’intérieur du centre de données ; on peut donc imaginer que la pression sur la bande passante de transmission des données, la densité des ports et les goulets d’étranglement énergétiques associés sont les plus importants, ce qui rend naturellement la demande pour le CPO plus urgente.

4. CPC

CPC, pour Co-Packaged Copper, désigne l'intégration directe de connecteurs cuivre haute vitesse sur le substrat du package.

L'avantage coûts de cette approche technologique est très clair, mais elle ne résout toujours pas les limites de bande passante et l'atténuation liées au support en cuivre ; ses applications sont donc limitées, et elle peut être partiellement utilisée pour connecter les nœuds GPU/CPU aux commutateurs et aux puces de stockage à l'intérieur des armoires. Actuellement, les solutions d'interconnexion internes à armoire de NVIDIA utilisent toujours des connexions en cuivre, mais pourraient évoluer vers des interconnexions optiques à l'avenir.

5. LPO

LPO, soit l'optique plug-in à commande linéaire (Linear-Drive Pluggable Optics), est une version allégée de l'optique plug-in, qui élimine les puces DSP/CDR internes tout en conservant et en renforçant les puces analogiques Driver et TIA (dont le rôle sera expliqué plus tard), permettant une transmission directe du signal.

En clair, il s'agit de supprimer directement les puces DSP à forte consommation dans les modules optiques, en renonçant à la correction d'erreurs de signal ; tout en renforçant les puces analogiques, qui amplifient directement le signal, qu'il soit précis ou non, pour alimenter le laser via le signal électrique provenant de l'ASIC de commutation.

Illustration : Comparaison entre le modèle traditionnel et la structure LPO

Source : Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

Mais ici aussi, il existe un problème : puisque les pistes du PCB ne sont pas simplifiées (ce qui provoque une atténuation du signal) et que la qualité du signal exige des normes plus élevées, la transmission sur de longues distances reste limitée. De plus, lorsque les débits atteignent des niveaux supérieurs (au-delà de 1,6 T), les problèmes d'intégrité du signal deviennent particulièrement marqués. Autrement dit, en simplifiant la structure, on sacrifie également des performances.

Ainsi, nous pouvons constater que, malgré les solutions de compromis telles que NPO, CPC et LPO, ces approches rencontreront inévitablement des limites à mesure que les centres de données évoluent vers des débits plus élevés et des clusters plus importants ; la CPO est la prochaine génération de technologie que nous devons absolument développer.

6. Qu'est-ce qu'un commutateur d'échange optique (OCS) ? Représente-t-il une menace pour la position du CPO ?

En parlant de cela, il est inévitable d'aborder le OCS (Optical Circuit Switch). Le caractère fondamental de ce type de commutateur est l'absence totale de conversion optoélectronique ; il établit directement des chemins optiques physiques à l'intérieur du domaine optique grâce à une matrice d'interrupteurs optiques.

Figure : Schéma OCS

Source : Orbray, Dolphin Research

On peut l’imaginer de manière intuitive comme étant composé d’une rangée de miroirs (un réseau de micro-miroirs) qui peuvent ajuster l’angle de leurs miroirs selon les instructions pour réfléchir la lumière dans différentes directions.

En apparence, l'OCS transmet directement le signal lumineux, remplaçant le processus de conversion optique-électrique et électrique-optique des commutateurs traditionnels, ce qui semble rendre le CPO inutile (du moins au niveau du commutateur). Mais en réalité, ce n'est pas le cas.

Ici, nous passons en revue la manière dont l'architecture des commutateurs est construite dans les centres de données :

(1) Sur la carte mère : tout d'abord, nous savons que le calcul le plus essentiel au sein du centre de données est effectué par les GPU. Une fois le calcul GPU terminé, les données doivent être transmises au CPU, qui les traite avant de les envoyer à la carte réseau (contenant un ASIC), ou bien les données peuvent être transmises directement du GPU à la carte réseau.

Ces étapes peuvent donc être réalisées sur une seule carte mère, ou du moins sur un seul serveur.

(2) À l'intérieur du rack : ensuite, les données doivent être transmises depuis les serveurs vers le commutateur du rack. Un seul rack peut contenir plusieurs serveurs interconnectés à haute vitesse, mais un commutateur doit obligatoirement être installé au sommet du rack pour communiquer avec l'extérieur et échanger les données internes du rack avec les données externes. Ce commutateur est appelé commutateur ToR (Top of Rack).

Et les étapes ci-dessus sont réalisées dans le même rack.

(3) Entre baies : un centre de données est un cluster composé de plusieurs baies. Comment gérer la communication entre les baies ? C’est ici que les commutateurs Spine interviennent. Les commutateurs Spine gèrent les connexions rapides entre tous les commutateurs Leaf ainsi qu’avec l’extérieur du centre de données ; ils constituent le cœur du réseau de commutateurs au sein du centre de données.

Illustration : Spine switches et Leaf switches dans un centre de données

Source : Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

OCS est principalement destiné à remplacer les commutateurs Spine.

First, spine switches are expensive and power-intensive, making the demand for alternatives the most urgent.

Ensuite, la fonction de l'OCS est limitée : elle ne peut que transmettre des signaux (réfléchir la lumière), comme un miroir. En revanche, les commutateurs traditionnels offrent des fonctionnalités plus complètes : ils doivent décomposer les paquets, analyser les adresses IP, puis décider où les acheminer. Par exemple, comme l'OCS ne peut que suivre des instructions et ne possède aucune capacité de prise de décision, il est envisageable de l'utiliser uniquement comme commutateur Spine. Toutefois, pour remplacer également les commutateurs Leaf, il faudrait ajouter d'autres composants pour gérer la fonction de « traitement des paquets », comme une carte réseau intelligente (SmartNIC) ; cette architecture deviendrait alors plus complexe et n'est pas nécessairement la meilleure solution.

De cette manière, l'architecture devient claire :

Bien que, à ce stade, les commutateurs de la ligne CPO tels que le Quantum X800-Q3450 d’NVIDIA et le Tomahawk 6 - Davisson de Broadcom soient des commutateurs Spine, et que les commutateurs OCS promus par Google remplacent également les commutateurs Spine traditionnels, il existe effectivement une concurrence directe entre les deux.

Mais à terme, bien que l'OCS puisse remplacer les commutateurs Spine, au niveau inférieur, pour les applications à plus fort volume, la conversion électro-optique entre les moteurs optiques et les puces ASIC sur les commutateurs Leaf, puis les connexions entre cartes mères dans les serveurs (via des ASIC de carte réseau ou NVSwitch, etc.), et enfin les connexions entre puces de calcul sur la carte mère, ainsi qu'entre puces de calcul et ASIC de carte réseau, nécessitent toujours l'utilisation du CPO. Ainsi, à l'avenir, les deux technologies seront davantage complémentaires.

Quelles sont les étapes de la chaîne industrielle impliquées ?

(1) Tout d'abord, analysons le principe et l'architecture de CPO

CPO peut être considéré comme une version améliorée de l'optical engine, dont le rôle consiste à effectuer la conversion optoélectronique ; il comprend principalement les éléments suivants :

1. Partie du circuit photonique

(1) Modulateur : en contrôlant l'intensité lumineuse et le signal, il convertit le signal électrique (numérique 0/1) en signal optique.

(2) Détecteur : il s'agit d'une PD (photodiode), qui convertit le signal lumineux en signal électrique.

(3) Guide d'onde : peut être compris comme une fibre optique microscopique imprimée à l'intérieur du circuit intégré.

2. Partie circuit électronique

(1) Driver : Amplifie le faible signal électrique provenant de l'interrupteur ou du serveur pour le transformer en signal électrique capable de contrôler précisément l'émission du laser ; le prochain étage du driver est donc le modulateur.

(2) TIA (transimpédance) : amplifie et convertit le signal électrique extrêmement faible généré par le PD en un signal tension exploitable par les circuits ultérieurs ; le TIA est donc la prochaine étape après le PD.

3. La source de lumière, c’est-à-dire le laser

Le modulateur ne peut pas émettre de lumière lui-même, mais il peut contrôler la lumière ; il faut donc un composant émetteur de lumière pour l'accompagner, à savoir le laser.

Schéma de la structure du moteur à lumière

Source : Zong ZeGuo et al., « Étude du module de transmission-réception silicium photonique 400G FR4 », Dolphin Research

Deux autres composants :

4. DSP et CDR sont tous deux utilisés pour réparer les signaux électriques. L’un compense les dommages physiques du signal électrique, tandis que l’autre extrait une horloge précise à partir du signal endommagé et rétablit la synchronisation des données ; les puces DSP intègrent généralement la fonction CDR.

Un point commun entre le CPO et le LPO est qu'ils éliminent tous deux le DSP à forte consommation d'énergie, coûteux et à latence élevée du module optique. Toutefois, dans le cadre du CPO, certaines fonctions du DSP sont intégrées dans l'ASIC de commutation, tandis que le LPO utilise une solution basée sur des circuits analogiques pour amplifier le signal. De plus, le CPO intègre le CDR dans le SerDes à haute vitesse.

Et qu'est-ce qu'un SerDes haute vitesse ? Un SerDes haute vitesse comprend un sérialiseur Ser et un déserialiseur Des, situés à l'intérieur d'une puce ASIC, qui servent respectivement à regrouper les données parallèles internes à la puce en un flux de données sérielles haute vitesse, ou à décompresser et reconstituer un flux de données sérielles haute vitesse en plusieurs flux de données parallèles à faible vitesse.

(2) Examinons maintenant les différents maillons de la chaîne de valeur CPO :

1. Tout d'abord, l'ensemble de CPO

L'optical engine dans le CPO comprend la partie circuit photonique et la partie circuit électronique mentionnées ci-dessus, puis l'optical engine et le puce ASIC constituent la partie principale de l'interrupteur CPO. Avant tout, posons la question centrale : qui va réaliser ce CPO ?

Les modules optiques traditionnels, en tant que modules indépendants composés de composants optiques, de dispositifs discrets, etc., peuvent être entièrement fournis par des fabricants spécialisés, comme nous le connaissons bien : InnoLight, Eoptolink, Coherent. Et le CPO ? Il est clair qu'ils ne peuvent plus en être les principaux acteurs.

Nous avons tendance à penser que la valeur industrielle sous CPO évoluera de la manière suivante :

(1) Fabricants et plateformes de commutation maîtrisant les technologies clés : les acteurs de systèmes de centre de données et de puces de commutation tels que NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell définissent l’architecture et les normes, et vendent des solutions complètes ;

(2) Sous-traitants : TSMC, UMC, Amkor pour la fabrication de wafers, l'intégration photonique et le sous-traitance d'emballage avancé ;

(3) Fournisseurs en amont : les fabricants de composants tels que Coherent/Lumentum continuent de produire et de fournir des composants optoélectroniques.

(4) Fabricants traditionnels de modules optiques : Zhongji Xuchuang / XinYisheng, etc., continuent de fournir des modules d'engine optique pendant la période de transition, en proposant des solutions intermédiaires telles que NPO et LPO, ainsi que des conceptions CPO équilibrées tenant compte de la maintenabilité.

2. En plus du moteur optique principal de CPO, plusieurs autres composants nécessitent une attention particulière

(1) Laser

CPO ne peut intégrer que les composants de conversion optoélectronique ; l'intégration directe des lasers reste difficile, ce qui nécessite toujours un laser externe. Dans le même temps, les exigences en matière de puissance des lasers pour CPO augmentent considérablement (au moins 3 à 4 fois), ce qui entraîne également une augmentation significative des exigences en termes de performance et de fiabilité, et donc une augmentation importante de la valeur.

Cependant, un choix de voie technique s'impose :

1) Laser EML : voie traditionnelle qui intègre le laser et le modulateur, avantageuse pour les communications à haut débit (>200 G) et sur de longues distances. Cette voie est dominée par des géants tels que Lumentum, II-VI (Coherent) et Sumitomo.

2) Laser CW : une voie émergente qui isole complètement le laser, offrant des avantages en termes de coût et de consommation d'énergie, et mieux adaptée à la future route CPO. L'approvisionnement en lasers CW est relativement flexible ; des fabricants chinois tels que Yuanjie Technology, Shijia Photonics et Changguang Huaxin ont déjà mis en production des produits de 70 mW/100 mW et obtenu de gros commandes.

Illustration : Différence entre les émetteurs laser EML et CW

Source : Sumitomo Electric, Dolphin Research

Ensuite, les quatre composants à fibre optique, rarement utilisés dans les architectures traditionnelles de modules optiques interchangeables :

(2) Unité de tableau de fibres (FAU, Fiber Array Unit) : permet d'installer précisément les fibres afin d'assurer un alignement de haute précision entre les fibres et les guides d'ondes.

Illustration : Unité de tableau de fibres

Source : Corning, Dolphin Research

(3) Fibre optique à polarisation maintenue (PMF, Polarization Maintaining Fiber) : un type spécial de fibre optique conçu pour maintenir l'état de polarisation de la lumière.

(4) Boîte de distribution optique (Fiber Shuffle) : utilisée pour réorganiser les fibres optiques, elle permet de réarranger l'ordre des fibres dans des équipements à haute densité complexes.

Figure : Schéma de Fiber Shuffle

Source : Hyoptic, Dolphin Research

(5) Connecteur à fibre optique (MPO, Multi-Fiber Push On) : utilisé pour connecter des fibres optiques multicœurs.

Figure : Schéma du port MPO

Source : Senko, US Conec, Dolphin Research

Pourquoi les modules optiques traditionnels utilisent-ils rarement les composants ci-dessus ?

(1) Dans le modèle traditionnel, la fibre optique est directement insérée dans une interface normalisée, mais dans le cadre du CPO, la fibre optique doit être couplée avec une précision élevée aux guides d'ondes à la surface de la puce optique, ce qui nécessite l'utilisation d'un FAU ;

(2) Le modèle traditionnel consiste en une modulation directe, qui n'est pas sensible à l'état de polarisation de la onde lumineuse ; de plus, les fibres optiques à polarisation maintenue (PMF) étaient auparavant extrêmement coûteuses, ce qui les rendait peu adaptées à une application industrielle. Toutefois, avec la CPO, la source lumineuse est fournie par un laser externe, et l'état de polarisation du laser entraîne d'importantes pertes d'énergie ; il est donc nécessaire d'utiliser des PMF.

(3) Le modèle traditionnel ne comporte généralement que deux fibres, une pour l'émission et une pour la réception, sans nécessiter de connexions fibres complexes au backplane ; une intervention manuelle suffit, et aucun Fiber Shuffle n'est requis. Toutefois, sous CPO, le Fiber Shuffle est obligatoire ;

(4) De même, les modules traditionnels n'exigent pas beaucoup d'interfaces, mais sous CPO, si la vitesse dépasse 400 G, il faut transmettre en parallèle 8 ou même 16 fibres optiques, tandis que l'espace sur le panneau est limité ; il faut donc utiliser un connecteur multi-cœurs tel que MPO.

Pour ce qui est de l'espace de marché et des opportunités d'investissement dans les maillons industriels impliqués dans le CPO, nous les analyserons dans la prochaine partie.