CPO (Co-Packaged Optics) adalah teknologi transmisi optoelektronik yang mengintegrasikan mesin cahaya secara langsung dengan cip pada substrat paket yang sama, boleh digunakan untuk sambungan antar-rak dan di dalam rak, menyelesaikan masalah bottleneck bandwidth, pelemahan isyarat, dan pengurusan haba yang dihadapi oleh pusat data tradisional. Dengan permintaan kuasa pengiraan yang meledak akibat AI, infrastruktur rangkaian tradisional tidak lagi mampu memenuhi keperluan penghantaran bandwidth pada era Agentic AI, menjadikan CPO sebagai arah terobosan. Raksasa-raksasa seperti NVIDIA dan Broadcom sedang secara aktif mendorong penyelesaian suis CPO, tetapi kini menghadapi halangan utama dalam proses pengemasan canggih, pengurusan haba, pembaikan dan penyelenggaraan, serta standardisasi. Berbanding dengan garis teknologi lain seperti NPO, OIO, CPC, LPO, dan OCS, CPO adalah penyelesaian generasi seterusnya yang mesti ditembusi, dan nilai industri akan berpusat pada pembuat cip suis dan pabrik pengemasan canggih.
Penulis artikel, sumber: Dolphin Research
Sejak kemunculan ChatGPT pada akhir 2022, AI telah mendorong peluang industri semikonduktor super satu demi satu, serta perusahaan bernilai pasaran triliunan dolar AS, mulai dari kekuatan pengiraan (GPU), kekuatan penyimpanan (penyimpanan), hingga kekuatan pengendalian dan pengurusan (CPU).
Jika dalam infrastruktur AI masih terdapat sektor yang belum muncul sebagai "raksasa bernilai triliunan", maka yang paling disukai oleh Dolphin berikutnya ialah super-konektiviti di era AI. Jika kekuatan pengiraan menyelesaikan masalah "kecerdasan" AI, dan kekuatan penyimpanan menyelesaikan masalah "ingatan" AI, maka kekuatan penghantaran perlu menyelesaikan bagaimana membawa ingatan jangka panjang dan pendek dengan kelajuan seperti roket masuk dan keluar pusat kekuatan otak.
Atau mengikut perkataan Pope AI Jensen Huang, seiring dengan penyelesaian bertahap terhadap batasan kekuatan pengiraan dan memori, tenaga tetap menjadi cabaran berterusan di tingkat sepuluh, dan titik penghala seterusnya ialah互联 jaringan berkelajuan tinggi di era AI, kerana infrastruktur jaringan era awan tradisional sama sekali tidak mampu memenuhi keperluan bandwidth untuk penghantaran parameter model triliunan, pakar campuran (MoE), dan pengaktifan tempatan di era Agentic AI.
Dalam artikel ini, kita akan terus menjelajahi penghantaran rangkaian di era AI dengan mengambil arah teknologi penghantaran optoelektronik yang secara berperingkat beralih daripada kelajuan penghantaran rangkaian AI—CPO. Penyelidikan Dolphin mengenai CPO dibahagikan kepada:
Apakah CPO itu, dan adakah ia benar-benar boleh menggantikan sambungan tembaga tradisional?
Kedua, adakah ia mampu menggantikan sepenuhnya modul optik boleh dicabut arus utama semasa ini?
Tiga, dalam tren ini, bagaimana keadaan persaingan antara syarikat-syarikat di hulu dan hilir industri akan berubah?
Dalam artikel ini, kami terlebih dahulu mengkaji masalah asas dalam rantai industri.
Berikut adalah analisis terperinci
01 Apakah itu CPO?
Dalam arsitektur pusat data tradisional, terdapat komponen penting yang dikenal sebagai "modul optik", yang berfungsi mengubah sinyal cahaya yang diterima melalui serat optik menjadi sinyal elektrik untuk dikirimkan ke pusat data, atau mengubah sinyal elektrik yang dihasilkan di dalam pusat data menjadi sinyal cahaya dan mengirimkannya melalui serat optik, berperan sebagai "jembatan" dan "penerjemah" dalam transmisi data.
Dari segi fungsi, arsitektur CPO (Co-Packaged Optics) mengandungi fungsi modul optik tradisional, tetapi mempunyai dua perbezaan ketara berikut:
1. Struktur berbeza
Modul cahaya tradisional adalah boleh dicabut, dan penampilannya kelihatan seperti kepala kristal pada port kabel rangkaian di rumah, tetapi CPO sangat berbeza—ia mengintegrasikan enjin optoelektrik yang bertanggungjawab atas penukaran optik-elektrik dan cip (terutamanya cip ASIC switch) secara langsung pada substrat pembungkusan atau lapisan perantara yang sama.
2. Aplikasi penggunaan berbeza
Modul cahaya biasanya digunakan antara rak (iaitu Scale-out); sementara CPO boleh digunakan antara rak dan juga di dalam rak (Scale-up). Apabila digunakan antara rak, ia menggantikan modul cahaya tradisional, dan apabila digunakan di dalam rak, ia menggantikan sambungan tembaga yang menjadi arus utama semasa ini.
Rajah: Perbandingan antara model boleh dicabut tradisional dan penyelesaian CPO
Sumber: GTC 2025, Dolphin Research
Kita dapat melihat bahawa baru-baru ini, sama ada NVIDIA atau Broadcom, kedua-duanya sedang secara aktif mendorong penyelesaian switch CPO mereka.
Mengapa teknologi CPO mendapat perhatian begitu besar? Kerana permintaan akan kekuatan pengiraan di pusat data terus meningkat, permintaan akan bandwidth untuk penghantaran data di pusat data juga meningkat secara meledak, dan pusat data sedang bergerak ke arah kluster pengiraan berskala super besar; dalam proses ini, teknologi penghantaran data tradisional lama akan menjadi halangan yang banyak:
1. Lengkung bandwidth
Dalam skenario antara rak, kerana ruang panel suis tradisional terhad dan saiz modul optik boleh dicabut tradisional sukar dikurangkan, jumlah port yang boleh disediakan oleh satu suis tunggal terhad, dan tidak mampu menyokong keperluan bandwidth yang semakin tinggi.
Modul boleh dicabut semasa ini menyokong bandwidth sehingga 1.6 Tbps per modul, dengan panel suis pertukaran tunggal menyokong sehingga 51.2 Tbps bandwidth. Pada masa depan, modul 3.2 Tbps mungkin diperkenalkan, dengan suis tertinggi menyokong 102.4 Tbps, hampir mencapai had maksimum modul optik boleh dicabut.
2. Pintu sempit integriti isyarat
Dalam skenario di dalam rak, semakin tinggi kadar transmisi, jika menggunakan kabel tembaga tradisional, isyarat elektrik akan mengalami penurunan dan distorsi isyarat yang serius semasa transmisi jarak jauh, dan jarak transmisi juga akan semakin terhad.
Sekarang, kabel tembaga boleh menyokong bandwidth sehingga 1.8TB/s (seperti kabel NVLink tembaga NVIDIA), tetapi jaraknya dibatasi kepada kurang daripada 2 meter, manakala keperluan bandwidth untuk setiap GPU sedang meningkat ke arah 3.6TB/s.
3. Punca pembuangan haba dan penggunaan kuasa
Dengan peningkatan kadar penghantaran, penggunaan kuasa saluran komunikasi tradisional meningkat secara besar-besaran, sementara pengurusan haba juga menjadi semakin sukar. Kita mengetahui bahawa pembinaan pusat data di Amerika Syarikat kini menghadapi halangan tenaga yang besar, jadi masalah penggunaan kuasa akan membawa tekanan kos yang ketara.
CPO secara teori boleh menyelesaikan beberapa masalah di atas dengan lebih baik, menurut NVIDIA, kecekapan kuasa boleh meningkat sebanyak 3.5 kali selepas menerapkan CPO.
02 Secara khusus, apakah skenario penghantaran data di pusat data?
Di sini, kami membahagikan jalan teknologi penghantaran data di pusat data dalam pelbagai skenario dan peringkat:
Rajah: Contoh scale-out dan scale-up
Sumber: NADDOD, Dolphin Research
1. Scale-up, terutama melibatkan penghubungan di dalam rak
Terutama melibatkan sambungan peranti keras di dalam rak, terutamanya di dalam pelayan, termasuk tetapi tidak terhad kepada sambungan antara CPU, GPU, kad rangkaian, memori DDR, dan cakera keras.
Sekarang, sambungan bahagian ini terutamanya menggunakan tembaga sebagai media sambungan, termasuk slot PCIe untuk menyambung CPU, GPU, dan kad rangkaian, serta slot memori (jalur tembaga PCB), kabel SATA, dan pelbagai kabel tembaga lain. CPO berpotensi menggugat penyelesaian utama semasa ini.
2. Skala keluar, terutama melibatkan penghubungan antar rak
Terutama melibatkan penghubungan antara rak, pelayan, dan suis pertukaran.
Bahagian sambungan ini memerlukan cahaya sebagai media sambungan, dan sekarang ini, solusi utama ialah serat optik dan modul optik yang boleh dicabut. Begitu juga, CPO ialah perkembangan penting dan kemajuanannya lebih pantas berbanding skenario di dalam rak.
3. Lebih lanjut, terdapat pula sambungan antara pusat data dan antara pusat data dengan pihak luar, yang bukan fokus utama artikel ini.
Dari segi penempatan raksasa, CPO pada peringkat ini terutama ditujukan kepada antara kabinet, tetapi pada masa depan mungkin ditujukan kepada dalam kabinet.
03 CPO masih berada dalam peringkat pengenalan awal, apa kendala utama yang dihadapi?
1. Kematangan teknologi pembungkusan canggih
Dari segi teknologi asas, CPO berbeza secara fundamental berbanding penyelesaian tradisional seperti modul optik boleh dicabut. Komponen optoelektronik tradisional tidak berbeza banyak dari segi teknologi pengeluaran berbanding komponen dan modul optoelektronik secara umum, tetapi CPO memerlukan pengpaketan enjin cahaya ke dalam papan tapak atau perantara, yang terutamanya bergantung kepada teknologi pengpaketan canggih seperti CoWoS.
Sambil itu, berbeza daripada pengepakan canggih yang biasa kita fahami, CPO juga berbeza kerana ia tidak hanya mengintegrasikan litar terpadu elektronik, tetapi juga mengintegrasikan litar terpadu fotonik, dan integrasi heterogen ini memerlukan pengikatan campuran melalui teknologi COUPE TSMC.
Masalahnya ialah, di satu sisi, proses teknologi pembungkusan canggih yang disebutkan di atas sangat sukar, sama ada NVIDIA atau Broadcom bergantung kepada kapasiti TSMC, tetapi kapasiti adalah terhad; selain itu, bekalan bahan seperti komponen optoelektronik dan peralatan, peralatan pengikatan hibrid, peralatan ujian, dan substrat ABF juga mungkin menghadapi halangan;
Selain itu, pada peringkat semasa, kecekapan pengeluaran teknologi pembungkusan canggih tersebut, terutamanya integrasi heterogen, masih mempunyai ruang yang besar untuk ditingkatkan, menyebabkan kosnya jauh lebih tinggi berbanding penyelesaian yang boleh dicabut. Semasa ini, TSMC sedang berusaha meningkatkan kecekapan pembungkusan canggih, tetapi masih memerlukan masa tertentu.
2. Masalah pemeriksaan dan penjagaan
Bagi penyelesaian boleh dicabut tradisional, kerana ia "boleh dicabut", ia mudah untuk diperiksa dan diselenggarakan. Namun, CPO berbeza sepenuhnya, di mana modul optoelektroniknya diwadahi secara langsung bersama substrat, intermediate layer, dan bahkan cip, maka kesukaran dalam pemeriksaan dan penyelenggaraan akan jauh lebih tinggi berbanding penyelesaian tradisional.
Namun, masalah-masalah di atas juga boleh diselesaikan, misalnya dengan meningkatkan kadar kesalahan yang diterima dalam reka bentuk, atau dengan menyediakan kelebihan dalam operasi.
3. Masalah pengurusan haba
Pengemasan padat antara light engine dan chip menyebabkan peningkatan suhu tempatan yang ketara semasa operasi, bahkan melebihi had ketahanan laser, sehingga pengurusan haba juga menjadi masalah besar. Untuk menyelesaikan masalah di atas, perlu diperkenalkan penyelesaian penyejukan yang lebih cekap, tetapi ini juga akan melibatkan kos.
4. Masalah standardisasi
Sekarang, NVIDIA, Broadcom dan lain-lain secara aktif memperkenalkan solusi switch CPO independen penuh mereka untuk merebut peluang pasaran. Namun, pada masa yang sama, standard industri (standard antaramuka, standard pembungkusan, dll.) masih belum terbentuk, menyebabkan sukar bagi hulu dan hilir untuk mengembangkan, memproduksi, dan mengkonfigurasi berdasarkan standard seragam—ini juga merupakan cabaran utama dalam pengkomersialannya.
Secara keseluruhan, dapat dilihat bahawa semua masalah di atas mempunyai penyelesaian, tetapi ia bergantung kepada kematangan teknologi, pembentukan piawaian, dan sebagainya, yang semuanya memerlukan masa.
Di sisi lain, secara mendasar, teknologi CPO perlu membentuk keunggulan dari segi kos komprehensif.
Ini membawa kepada satu soalan: walau apa pun penyelesaian yang dipilih, kos sentiasa menjadi faktor utama, tetapi selain CPO, terdapat juga jalan lain yang lebih canggih atau lebih berhati-hati yang sedang dipertimbangkan—apakah hubungan antara mereka? Di sini, kita terlebih dahulu membezakan perbezaan antara pelbagai jalan teknologi.
04 Perbandingan jalan teknikal
1、CPO
CPO yang kita bincangkan, iaitu Optik Terpaket Bersama (Co-Packaged Optics), seperti yang dinyatakan sebelum ini, merujuk kepada penggabungan enjin cahaya dan cip pada papan asas yang sama, di mana cip tersebut boleh menjadi cip pertukaran (ASIC) atau cip pengiraan seperti GPU, tetapi biasanya merujuk kepada cip pertukaran.
2、NPO
NPO ialah Optik Hampir Dibungkus (Near-Packaged Optics), yang sedikit lebih awal daripada CPO, dan belum mencapai tahap pembungkusan pada papan dasar atau lapisan perantara yang sama, tetapi hanya dibungkus pada papan induk PCB yang sama.
Di China, perusahaan seperti Alibaba dan Huawei sedang mendorong solusi NPO, yang lebih dapat dilihat sebagai kompromi akibat kurangnya kapasitas pengepakan canggih, tetapi mungkin menjadi solusi utama di pasaran China dalam jangka waktu tertentu, yang secara一定程度 memengaruhi penetrasi solusi NVIDIA di pasaran China.
Rajah: Peragaan cara integrasi yang berbeza: (dari atas ke bawah ialah cara boleh dicabut, NPO, CPO (terintegrasi pada papan paket), CPO (terintegrasi pada antara muka), dan OIO yang akan dibincangkan di bawah)
Sumber: ASE, Dolphin Research
3. OIO
OIO (Optical I/O) boleh dianggap sebagai peringkat seterusnya kepada CPO, di sini tiada perkara berkaitan cip pertukaran, tetapi lebih berkaitan dengan cip pengiraan, iaitu menggabungkan enjin cahaya dengan cip pengiraan dalam satu paket, atau bahkan menggabungkannya secara langsung pada peringkat cip, yang ditujukan sepenuhnya untuk skenario di dalam rak.
Rajah: Peragaan cara integrasi yang berbeza: boleh dicabut, CPO, OIO
Sumber: TSMC, Openlight, Dolphin Research
Mengenai ini, mari kita nyatakan semula struktur pusat data:
Pusat data boleh dianggap sebagai beberapa bahagian yang saling terhubung:
Pelayan ditujukan untuk tugas pengiraan, dilengkapi dengan cip pengiraan seperti GPU dan CPU, memori, cakera keras, dll;
Switch bertanggung jawab atas komunikasi jaringan antara server dan dari server ke luar, melakukan pertukaran data melalui chip ASIC;
Selain itu, terdapat sistem penyimpanan, di mana dalam arsitektur pusat data utama semasa ini, peranti penyimpanan terutamanya tersebar di nod pelayan dan diletakkan di dalam pelayan, bersatu dengan pelayan.
Berdasarkan arsitektur di atas, kita boleh membayangkan skenario penggunaan CPO. Maka, berdasarkan ini, kita akan membincangkan mengapa CPO bermula daripada cip pertukaran?
Di sini kita membuat analogi mengenai fungsi switch—switch boleh dianggap sebagai jalan layang di dalam pusat data, maka boleh dibayangkan bahawa tekanan bandwidth penghantaran data, kepadatan port, serta batasan kuasa yang menyertainya adalah yang paling besar, maka permintaan terhadap CPO secara semula jadi lebih mendesak.
4. CPC
CPC, Co-Packaged Copper, merujuk kepada pengintegrasian langsung penyambung tembaga berkelajuan tinggi ke atas papan paket.
Kelebihan kos jalan teknologi ini sangat jelas, tetapi masih tidak dapat menyelesaikan masalah longkang bandwidth dan redaman medium tembaga, oleh itu aplikasinya agak terhad dan boleh digunakan sebahagiannya untuk menghubungkan nod GPU/CPU, suis, dan cip penyimpanan di dalam rak. Semasa ini, penyelesaian rak NVIDIA masih menggunakan sambungan tembaga, tetapi pada masa depan mungkin akan beralih kepada interkoneksi optik.
5. LPO
LPO, yang merupakan Optik Boleh Cabut Pendorong Linear (Linear-Drive Pluggable Optics), adalah versi lebih ringan bagi optik boleh cabut, yang menghilangkan cip DSP/CDR dalaman dan hanya mengekalkan serta memperkuat cip analog Driver dan TIA (fungsi komponen-komponen ini akan kita bincangkan kemudian), untuk mencapai pendorongan isyarat secara langsung.
Dengan kata lain, dalam modul cahaya, chip DSP yang memakan banyak kuasa secara langsung dibuang dan koreksi isyarat ditinggalkan; sementara itu, chip analog diperkuat, di mana tanpa memperdulikan ketepatan isyarat, penguatan analog secara langsung membiarkan isyarat elektrik dari ASIC suis masuk untuk menggerakkan laser.
Rajah: Perbandingan antara model tradisional dan struktur LPO
Sumber: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research
Namun, masalah yang sama masih wujud, kerana laluan PCB tidak dihilangkan (menyebabkan pelemahan isyarat), sementara keperluan terhadap kualiti isyarat lebih tinggi, sehingga penghantaran jarak jauh masih terhad, dan apabila kadar meningkat ke tahap yang lebih tinggi (di atas 1.6T), masalah integriti isyarat menjadi lebih ketara. Dengan kata lain, sambil menyederhanakan struktur, prestasi juga akan mengalami pengorbanan.
Dari uraian di atas, kita dapat melihat bahawa walaupun terdapat kompromi seperti NPO, CPC, dan LPO, semakin pusat data bergerak ke arah kadar yang lebih pantas dan kumpulan yang lebih besar, kompromi-kompromi ini akannya menghadapi batasan, dan CPO adalah solusi generasi seterusnya yang mesti ditembusi.
6. Apakah switch pertukaran cahaya (OCS), dan adakah ia mengancam kedudukan CPO?
Dalam konteks ini, tidak dapat dielakkan untuk membincangkan OCS (Optical Circuit Switch). Ciri utama switch OCS ialah tiada pertukaran optoelektronik sepanjang proses, melainkan membina laluan cahaya fizikal secara langsung dalam domain optik melalui matriks suis optik.
Rajah: OCS示意
Sumber: Orbray, Dolphin Research
Anda boleh membayangkannya secara intuitif sebagai susunan cermin reflektif (array mikromirror) yang boleh menyesuaikan sudut cermin mengikut arahan untuk memantulkan cahaya ke arah yang berbeza.
Secara lahiriah, OCS secara langsung meneruskan isyarat cahaya, menggantikan proses penukaran cahaya-ke-elektrik dan elektrik-ke-cahaya pada suis tradisional, sehingga kelihatan bahawa teknologi ini tidak memerlukan CPO (sekurang-kurangnya tidak pada peringkat suis). Namun, kenyataannya bukan begitu.
Di sini kita merangkum bagaimana arsitektur switch dibina di pusat data:
(1) Di dalam papan utama: Pertama, kita tahu bahawa pengiraan paling penting di pusat data dilakukan melalui GPU. Selepas pengiraan GPU selesai, data perlu dipindahkan ke CPU, yang akan memprosesnya sebelum menghantar ke kad rangkaian (mengandungi ASIC), atau boleh juga dipindahkan secara langsung dari GPU ke kad rangkaian.
Maka, peringkat-peringkat di atas boleh dilaksanakan pada satu papan induk, atau sekurang-kurangnya di dalam satu pelayan.
(2) Di dalam rak: Selepas itu, data perlu dipindahkan dari pelayan ke suis rak. Satu rak boleh mempunyai beberapa pelayan yang saling terhubung dengan laju, tetapi mesti terdapat satu suis di atas rak untuk berkomunikasi dengan luar, menukar data di dalam rak dengan data luar. Suis ini dipanggil suis ToR (Top of Rack).
Dan semua peringkat di atas dijalankan di dalam rak yang sama.
(3) Antara rak: Pusat data terdiri daripada kumpulan rak-rak, bagaimanakah komunikasi antara rak-rak ini diuruskan? Di sinilah suis Spine berperanan. Suis Spine bertanggungjawab menguruskan sambungan berkelajuan tinggi antara semua suis Leaf, serta ke luar pusat data; ia merupakan pusat seluruh rangkaian suis di dalam pusat data.
Rajah: Perwakilan suis Spine dan suis Leaf di pusat data
Sumber: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research
OCS terutama digunakan untuk menggantikan switch Spine.
Pertama-tama, suis Spine mahal dan memakan banyak tenaga, jadi keperluan untuk alternatif paling mendesak.
Kedua, fungsi OCS adalah terhadap, ia hanya boleh meneruskan isyarat (memantulkan cahaya), seperti cermin pantulan. Namun, suis tradisional mempunyai fungsi yang lebih lengkap; ia perlu membongkar pakej data, melihat alamat IP, kemudian menentukan ke mana ia perlu dihantar. Sebagai contoh, kerana OCS hanya boleh melaksanakan arahan tanpa kemampuan penilaian, dalam kes ini, ia hanya sesuai digunakan sebagai suis Spine, tetapi jika ingin menggantikan suis Leaf juga, komponen tambahan diperlukan untuk melaksanakan fungsi "pengendalian pakej", seperti SmartNIC, maka arsitektur ini menjadi lebih kompleks dan belum tentu menjadi penyelesaian terbaik.
Dari pandangan ini, struktur menjadi sangat jelas:
Walaupun pada peringkat ini, suis-suis jalur Spine seperti Quantum X800-Q3450 yang dikeluarkan oleh NVIDIA dan Tomahawk 6 - Davisson yang dikeluarkan oleh Broadcom, yang mengikuti jalan CPO, serta suis OCS yang digerakkan oleh Google, semuanya menggantikan suis Spine tradisional, keduanya memang mempunyai hubungan persaingan langsung.
Namun, dari perspektif akhir, walaupun OCS berpeluang menggantikan suis Spine, seterusnya untuk penggunaan yang lebih besar, seperti penukaran elektrik-ke-cahaya antara optikal engine dan cip ASIC pada suis Leaf, sambungan antara papan induk ke papan induk di dalam server (melalui NIC ASIC atau NVSwitch, dsb.), serta sambungan antara cip pengiraan dengan cip pengiraan di atas papan induk dan antara cip pengiraan dengan NIC ASIC, masih memerlukan penggunaan CPO. Oleh itu, di masa depan, keduanya lebih banyak berfungsi secara saling melengkapi.
05 Apakah bahagian-bahagian industri yang terlibat?
(1) Pertama, kita akan menganalisis prinsip dan arsitektur CPO
CPO boleh dianggap sebagai versi peningkatan kepada optical engine, dan fungsi optical engine ialah untuk menukar optik kepada elektrik, ia terutamanya terdiri daripada beberapa bahagian berikut:
1. Bahagian litar foton
(1) Modulator: Mengubah isyarat elektrik (nombor 0/1) menjadi isyarat cahaya dengan mengawal kekuatan dan isyarat cahaya.
(2) Detektor: Ia adalah PD (Photodiode, diod cahaya), yang menukar isyarat cahaya kepada isyarat elektrik.
(3) Gelombang petunjuk: Boleh difahami sebagai serat optik mikroskopik yang dicetak di dalam cip.
2. Bahagian litar elektronik
(1) Driver: Memperkuat isyarat elektrik lemah yang datang dari suis atau pelayan menjadi isyarat elektrik yang boleh mengawal dengan tepat cahaya laser, jadi peringkat seterusnya bagi Driver ialah modulator.
(2) TIA (Transimpedance Amplifier): Memperkuat dan menukar isyarat elektrik yang sangat lemah yang dihasilkan oleh PD menjadi isyarat voltan yang boleh diproses oleh litar susulan, maka TIA ialah peringkat seterusnya selepas PD.
3. Sumber cahaya, iaitu laser
Modulator sendiri tidak boleh memancarkan cahaya, tetapi ia boleh mengawal cahaya, jadi di sini diperlukan komponen yang memancarkan cahaya untuk bekerjasama dengannya, iaitu laser.
Rajah struktur cahaya engine
Sumber: Zong Ze Guo dkk., "Kajian Modul Penerima-Penghantar Silikon Cahaya 400G FR4", Dolphin Research
Selain itu, terdapat dua komponen lagi:
4. DSP dan CDR keduanya digunakan untuk memperbaiki isyarat elektrik. Satu digunakan untuk mengimbangi kerosakan fizikal isyarat elektrik, sementara yang lain digunakan untuk mengekstrak jam tepat daripada isyarat yang rosak dan menyusun semula urutan data, di mana cip DSP biasanya mengintegrasikan fungsi CDR.
Satu persamaan antara CPO dan LPO ialah kedua-duanya mengeluarkan DSP yang memerlukan kuasa tinggi, kos tinggi, dan sumber latensi daripada enjin cahaya. Namun, dalam skema CPO, fungsi DSP diintegrasikan ke dalam ASIC pertukaran, manakala LPO menggunakan pendekatan penguat cip analog untuk sinyal keras. Selain itu, CPO juga mengintegrasikan CDR ke dalam SerDes berkelajuan tinggi.
Lalu, apakah itu SerDes berkelajuan tinggi? SerDes berkelajuan tinggi merangkumi Ser serializer dan Des deserializer, yang berada di dalam cip Asic, masing-masing digunakan untuk mengemas data selari di dalam cip menjadi aliran data selari berkelajuan tinggi, atau menguraikan dan mengembalikan aliran data selari berkelajuan tinggi menjadi beberapa aliran data selari berkelajuan rendah.
(2) Lihat pula seluruh rantai industri CPO yang melibatkan tahap-tahap mana:
1, Pertama sekali keseluruhan CPO
Di dalam CPO, enjin cahaya mengandungi bahagian litar fotonik dan litar elektronik yang disebutkan di atas, kemudian enjin cahaya bersama dengan cip ASIC membentuk bahagian utama suis CPO. Sebelum ini, mari kita bincangkan satu masalah utama: siapakah yang akan membuat CPO ini?
Modul cahaya tradisional, yang terdiri daripada komponen optik, peranti diskret, dan sebagainya, boleh disediakan sepenuhnya oleh pengilang khusus, seperti Zhongji Shuangchuang, Xinyisheng, Coherent yang kita kenali baik; bagaimana pula dengan CPO? Jelaslah ia tidak lagi boleh dipimpin oleh mereka.
Kami cenderung menganggap bahawa arah nilai industri di bawah CPO akan seperti ini:
(1) Pengeluar dan platform pertukaran yang menguasai teknologi inti: Menguasai pihak platform sistem pusat data dan pengeluar cip pertukaran seperti NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell untuk menentukan arsitektur dan standard + menjual produk lengkap;
(2) Pabrik kontrak: TSMC/United Microelectronics/Amkor — pabrik fabrikasi/pengujian dan pembungkusan untuk penghasilan wafer/integrasi optoelektronik/pembungkusan canggih;
(3) Pemasok hulu: Kilang peranti seperti Coherent/Lumentum terus menghasilkan dan membekalkan peranti optoelektronik.
(4) Pengilang modul cahaya tradisional: Zhongji Xuchuang / Xinyisheng dan sebagainya memberikan solusi perantara seperti NPO dan LPO semasa tempoh peralihan, serta reka bentuk CPO kompromi berdasarkan pertimbangan kebolehpeliharaan, sambil terus menyediakan modul enjin cahaya.
2. Selain enjin cahaya utama CPO, terdapat beberapa komponen lain yang perlu diperhatikan
(1) Laser
CPO hanya boleh mengintegrasikan komponen penukaran optik-ke-elektrik; pengintegrasian langsung laser masih menghadapi kesukaran, oleh itu laser luaran masih diperlukan. Sementara itu, keperluan kuasa laser untuk CPO meningkat secara besar-besaran (sekurang-kurangnya meningkat 3-4 kali ganda), dan keperluan prestasi serta kebolehpercayaan yang sepadan juga meningkat secara ketara, oleh itu nilai nilainya juga akan meningkat secara besar-besaran.
Namun, terdapat pilihan jalan teknikal:
1) EML laser: Jalur tradisional, yang mengintegrasikan laser dan modulator; kelebihannya sesuai untuk komunikasi berpemandu tinggi lebih daripada 200G dan jarak jauh. Jalur ini dikuasai oleh raksasa-raksasa seperti Lumentum, II-VI (Coherent), dan Sumitomo.
2) Laser CW: Jalur emergen yang memisahkan sepenuhnya laser, menawarkan kelebihan dari segi kos dan penggunaan kuasa, serta lebih sejajar dengan arah CPO masa depan. Bekalan laser CW lebih fleksibel, dengan pengeluar China seperti Yuanjie Technology, Shijia Photonics, dan Changguang Huaxin telah mencapai pengeluaran berskala besar produk 70mW/100mW dan memperoleh pesanan besar.
Rajah: Perbezaan antara EML dan laser CW
Sumber: Sumitomo Electric, Dolphin Research
Seterusnya adalah empat komponen serat optik, yang jarang digunakan dalam lintasan modul optik boleh dicabut tradisional:
(2) Unit Array Serat Optik (FAU, Fiber Array Unit): Digunakan untuk memasang serat optik dengan tepat untuk mencapai penyelarasan presisi tinggi antara serat optik dan gelombang.
Rajah: Unit Seri Serat
Sumber: Corning, Dolphin Research
(3) Serat pemeliharaan polarisasi (PMF, Polarization Maintaining Fiber): Sejenis serat khas yang digunakan untuk mengekalkan keadaan polarisasi cahaya.
(4) Kotak Agihan Serat Optik (Fiber Shuffle): Digunakan untuk menyusun serat optik, membolehkan urutan kedudukan serat optik dalam peralatan padat yang kompleks disusun semula.
Rajah: Peragaan Fiber Shuffle
Sumber: Hyoptic, Dolphin Research
(5) Konnektor serat optik (MPO, Multi-Fiber Push On): Digunakan untuk menghubungkan serat optik berbilang inti.
Rajah: Contoh port MPO
Sumber: Senko, US Conec, Dolphin Research
Mengapa modul cahaya tradisional jarang menggunakan komponen-komponen di atas?
(1) Dalam model tradisional, serat optik dimasukkan langsung ke dalam antaramuka standard, tetapi dalam CPO, serat optik perlu disambungkan dengan presisi tinggi kepada gelombang di permukaan cip optik, oleh itu FAU diperlukan;
(2) Moda tradisional adalah modulasi langsung, tidak peka terhadap keadaan polarisasi cahaya, dan sebelum ini kos serat pemeliharaan polarisasi (PMF) sangat tinggi, kurang sesuai untuk aplikasi industri, tetapi CPO menggunakan sumber cahaya dari laser luaran, di mana keadaan polarisasi laser menyebabkan kehilangan tenaga yang besar, oleh itu PMF diperlukan;
(3) Mod tradisional biasanya hanya mempunyai dua salur serat optik, satu penghantar dan satu penerima, tanpa serat optik yang kompleks perlu disambungkan ke papan belakang, jadi operasi manual sudah mencukupi dan tidak memerlukan Fiber Shuffle, tetapi di bawah CPO, Fiber Shuffle mesti digunakan;
(4) Begitu juga, modul tradisional tidak memerlukan banyak antaramuka, tetapi di bawah CPO, jika mencapai lebih daripada 400G, diperlukan lapan atau bahkan 16 serat optik untuk penghantaran selari, manakala ruang panel terhad, maka diperlukan konektor multi-inti seperti MPO.
Untuk ruang pasaran dan peluang pelaburan dalam peringkat industri yang berkaitan dengan CPO, kami akan menganalisisnya dalam bahagian seterusnya.