CPO (кооперативная оптическая упаковка) — это оптоэлектронная технология передачи, при которой оптический модуль напрямую интегрируется с чипом на одной подложке упаковки, что позволяет применять её как для межшкафных, так и для внутришкафных соединений, решая проблемы с пропускной способностью, ослаблением сигнала и теплоотводом, с которыми сталкиваются традиционные центры обработки данных. С ростом спроса на вычислительные мощности со стороны ИИ традиционная сетевая инфраструктура больше не может удовлетворять требованиям к пропускной способности эпохи агентного ИИ, и CPO становится ключевым направлением прорыва. Такие гиганты, как NVIDIA и Broadcom, активно продвигают решения на основе CPO-коммутаторов; в настоящее время основными барьерами являются передовые технологии упаковки, управление теплом, обслуживание и стандартизация. По сравнению с такими технологическими направлениями, как NPO, OIO, CPC, LPO и OCS, CPO — это обязательная следующая генерация решений, и ценность отрасли будет сосредоточена на производителях коммутационных чипов и производителях передовых упаковок.

Автор статьи, источник: Dolphin Research

С момента появления ChatGPT в конце 2022 года искусственный интеллект стимулировал один за другим суперотраслевые возможности в полупроводниковой промышленности — от вычислительных мощностей (GPU), хранилищ данных (память), до управления и координации (CPU) — и породил множество компаний с рыночной капитализацией в триллионы долларов.

Если в инфраструктуре ИИ есть еще один сегмент, который ждет появления «короля» с капитализацией в триллион долларов, то Дельфин считает, что самым перспективным является суперсоединение в эпоху ИИ. Если вычислительные мощности решили проблему «интеллекта» ИИ, а хранилище — проблему «памяти» ИИ, то транспортные мощности должны решить, как обеспечить сверхбыструю передачу краткосрочной и долгосрочной памяти в центр обработки информации с помощью ракетной скорости.

Или, используя слова «папы римского» Иен-Хуан Хуанга по поводу ИИ, по мере постепенного снятия ограничений по вычислительной мощности и памяти, энергия остается постоянной сложностью уровня десятого класса; следующим ключевым узким местом станет высокоскоростная интерконнекция сетей в эпоху ИИ, поскольку инфраструктура сетей эпохи традиционного облачного computing полностью не справляется с требованиями к пропускной способности, вызванными триллионами параметров моделей, гибридными экспертами (MoE) и локальным активированием в эпоху агентного ИИ.

В этой статье мы продолжим исследование сетевой передачи в эпоху ИИ, сосредоточившись на технологии оптоэлектронной передачи CPO, постепенно переходящей от скорости передачи данных AI-сетей. Исследование CPO от Дельфина включает:

Что такое CPO и может ли он действительно заменить традиционные медные соединения?

Второй вопрос: может ли он полностью заменить текущие основные сменные оптические модули?

Третий вопрос: Как изменится конкурентная среда между компаниями вверх и вниз по цепочке поставок в рамках этой тенденции?

В этой статье мы сначала проведем обзор основных вопросов цепочки поставок.

Вот подробный анализ

01 Что такое CPO?

В традиционной архитектуре центров обработки данных важным компонентом является «оптический модуль», который преобразует оптический сигнал, передаваемый по световоду, в электрический сигнал для передачи в центр обработки данных, или наоборот — преобразует электрический сигнал, генерируемый в центре обработки данных, в оптический сигнал для передачи по оптоволокну, выполняя функцию «моста» и «переводчика» при передаче данных.

С точки зрения функциональности архитектура CPO (совместно упакованная оптика) включает функции традиционных оптических модулей, но имеет два явных отличия:

1. Разная структура

Традиционные оптические модули являются съемными и внешне напоминают кристаллические разъемы на сетевых портах дома, но CPO совершенно иной: он напрямую интегрирует оптический двигатель, отвечающий за преобразование электрических сигналов в оптические, и чип (в основном ASIC-чип коммутатора) на одной и той же подложке или промежуточном слое.

2. Разные сценарии применения

Оптические модули обычно применяются между стойками (то есть Scale-out); а CPO может применяться как между стойками, так и внутри стойки (Scale-up). При применении между стойками он заменяет традиционные оптические модули, а при применении внутри стойки — текущие основные медные соединения.

Рисунок: Схема традиционной съемной модели и решения CPO

Источник: GTC 2025, Dolphin Research

Мы можем видеть, что в последнее время как NVIDIA, так и Broadcom активно продвигают свои решения CPO-коммутаторов.

Почему технология CPO получила такое внимание? Потому что спрос на вычислительную мощность в центрах обработки данных постоянно растет, потребность в пропускной способности для передачи данных также взрывно увеличивается, а центры обработки данных стремятся к развитию в направлении сверхмасштабных вычислительных кластеров. В этом процессе устаревшие традиционные технологии передачи данных создают множество препятствий:

1. Узкое место по пропускной способности

В сценарии с межстоечными соединениями из-за ограниченного пространства на панели традиционных коммутаторов и трудности уменьшения размеров традиционных съемных оптических модулей количество портов, предоставляемых одним коммутатором, ограничено и не может удовлетворить все возрастающие требования к пропускной способности.

В настоящее время отсоединяемый модуль поддерживает максимальную пропускную способность 1,6 Тбит/с, а одна панель коммутатора может поддерживать до 51,2 Тбит/с. В будущем возможно появление модулей с пропускной способностью 3,2 Тбит/с, при этом максимальная пропускная способность коммутатора составит 102,4 Тбит/с — это почти предел для отсоединяемых оптических модулей.

2. Узкое место целостности сигнала

В сценарии с шкафом, с увеличением скорости передачи, при использовании традиционных медных кабелей электрические сигналы при передаче на большие расстояния сталкиваются с серьезным ослаблением и искажением сигнала, а расстояние передачи становится все более ограниченным.

В настоящее время медные кабели могут поддерживать максимальную пропускную способность до 1,8 ТБ/с (например, медные кабели NVLink от NVIDIA), однако расстояние строго ограничено 2 метрами, в то время как потребность в пропускной способности для одной GPU стремится к 3,6 ТБ/с.

3. Проблемы с охлаждением и энергопотреблением

С увеличением скорости передачи энергопотребление традиционных коммуникационных каналов значительно возрастает, а теплоотвод становится все более сложным. Мы знаем, что сегодня строительство центров обработки данных в США сталкивается с серьезными энергетическими препятствиями, поэтому проблема энергопотребления создает значительное ценовое давление.

CPO теоретически может эффективно решить вышеупомянутые проблемы; согласно NVIDIA, применение CPO позволяет повысить энергоэффективность в 3,5 раза.

02 Конкретно, какие сценарии передачи данных в центрах обработки данных?

Здесь мы разбиваем технологии передачи данных в центрах обработки данных для различных сценариев и этапов:

Рисунок: Примеры масштабирования вширь и вглубь

Источник: NADDOD, Dolphin Research

1. Масштабирование, в основном связано с внутренними соединениями в стойке

Основное внимание уделяется внутренним аппаратным соединениям в стойке, особенно между компонентами сервера, включая, помимо прочего, соединения между CPU, GPU, сетевыми картами, оперативной памятью DDR и жесткими дисками.

В настоящее время основным медиумом для этих соединений является медь, включая разъемы PCIe для подключения CPU, GPU и сетевых карт, а также слоты памяти (медные дорожки на печатной плате), кабели SATA и другие типы медных кабелей. CPO может изменить текущую доминирующую схему.

2. Масштабирование вширь, в основном связано с межстоечным соединением

В основном касается взаимосвязи между стойками или серверами и коммутаторами.

Для этого соединения необходимо использовать свет в качестве среды передачи, в настоящее время основными решениями являются оптоволокно и съемные оптические модули. Аналогично, CPO является важным направлением развития и продвигается быстрее, чем в сценариях внутри стойки.

3. Кроме того, существуют межцентровые и внешние соединения между центрами обработки данных, однако это не является основной темой настоящей статьи.

С учетом стратегии крупных игроков, в настоящее время CPO в основном ориентирован на сценарии между стойками, но в будущем может быть направлен на сценарии внутри стоек.

03 CPO в настоящее время находится на начальном этапе продвижения. Каковы основные препятствия?

1. Зрелость технологий продвинутой упаковки

С точки зрения базовой технологии CPO принципиально отличается от традиционных решений, таких как съемные оптические модули. Традиционные оптоэлектронные компоненты не сильно отличаются по производственным технологиям от широкого класса оптоэлектронных компонентов и модулей, но для CPO необходимо интегрировать оптический движок на подложку или интерпозитор, что в основном достигается с помощью передовых технологий упаковки, таких как CoWoS.

В то же время CPO отличается от традиционно понимаемой передовой упаковки, поскольку она требует не только интеграции электронных интегральных схем, но и интеграции фотонных интегральных схем, а для такой гетерогенной интеграции необходима гибридная связь, например, с использованием технологии COUPE от TSMC.

Проблема заключается в том, что, с одной стороны, вышеупомянутые передовые технологии упаковки чрезвычайно сложны в производстве: как NVIDIA, так и Broadcom зависят от производственных мощностей TSMC, однако эти мощности ограничены. Кроме того, могут возникнуть трудности с поставками необходимых материалов, таких как оптоизоляторы и оборудование, оборудование для гибридного связывания, тестовое оборудование и субстраты ABF.

Кроме того, на текущем этапе производственный выход вышеупомянутых передовых технологий упаковки, особенно гетерогенного интегрирования, все еще имеет большой потенциал для улучшения, что приводит к значительно более высокой стоимости по сравнению с съемными решениями. В настоящее время TSMC активно работает над повышением производственного выхода передовых технологий упаковки, но это потребует определенного времени.

2. Проблемы обслуживания и ремонта

В традиционных сменных решениях, поскольку они являются «сменными», обслуживание и ремонт удобны. Однако CPO совершенно иной: его оптоэлектронный модуль напрямую упакован вместе с подложкой, промежуточным слоем и даже чипом, поэтому сложность обслуживания и ремонта значительно выше, чем у традиционных решений.

Однако вышеуказанные проблемы также можно решить, например, повысив уровень отказоустойчивости при проектировании или обеспечив избыточность на уровне эксплуатации.

3. Проблемы теплового управления

Оптический двигатель и чип подвергаются высокоплотной упаковке, что при работе приводит к значительному локальному нагреву, иногда превышающему предел устойчивости лазера, поэтому управление теплом также является серьезной проблемой. Для решения этих проблем необходимо внедрить более эффективные системы охлаждения, но это также повлечет за собой дополнительные затраты.

4. Проблемы стандартизации

В настоящее время NVIDIA, Broadcom и другие компании активно разрабатывают собственные независимые решения CPO-коммутаторов, чтобы занять лидерство на рынке. Однако отраслевые стандарты (стандарты интерфейсов, упаковки и т.д.) пока не сформированы, что затрудняет разработку, производство и настройку на основе единой базы для участников цепочки поставок — это и является основной трудностью коммерческого внедрения.

В целом, можно увидеть, что для всех вышеперечисленных проблем существуют решения, однако они зависят от зрелости технологий, разработки стандартов и т. д., а на это требуется время.

С другой стороны, в фундаментальном плане технология CPO должна обеспечить преимущество по совокупной стоимости.

Это порождает вопрос: независимо от выбранного решения, стоимость всегда является ключевым фактором, однако помимо CPO существуют и другие, более передовые или более консервативные подходы, которые также развиваются — как они соотносятся друг с другом? Сначала давайте рассмотрим различия между различными технологическими направлениями.

04 Сравнение технических подходов

1、CPO

CPO, о котором мы говорим, то есть совместно упакованная оптика (Co-Packaged Optics), как упоминалось выше, означает интеграцию оптического модуля и чипа на одной подложке, где чип может быть как коммутационным чипом (ASIC), так и вычислительными чипами, такими как GPU, но обычно подразумевается коммутационный чип.

2. NPO

NPO — это близко упакованная оптика (Near-Packaged Optics), которая немного менее продвинута, чем CPO, и не достигает масштаба интеграции в одну подложку или интерпозитор, а лишь упакована на одной печатной плате.

В Китае такие компании, как Alibaba и Huawei, активно продвигают решение NPO, что можно рассматривать как компромисс из-за нехватки мощностей по передовой упаковке, но в течение некоторого времени это решение может стать доминирующим на китайском рынке, что в определенной степени повлияет на проникновение решений NVIDIA на китайском рынке.

Рисунок: различные методы интеграции: (сверху вниз — съемный метод, NPO, CPO (интегрированный на подложке корпуса), CPO (интегрированный на промежуточной пластине) и OIO, о котором будет сказано ниже)

Источник: ASE, Dolphin Research

3. OIO

OIO (Optical I/O) можно рассматривать как усовершенствованную версию CPO, где не используется коммутационный чип, а основное внимание уделяется вычислительным чипам: речь идет о интеграции оптического движка с вычислительным чипом, даже на уровне самого чипа, что ориентировано исключительно на сценарии внутри стойки.

Рисунок: Различные способы интеграции: сменяемый, CPO, OIO

Источник: TSMC, Openlight, Dolphin Research

说到这里， давайте еще раз четко определим архитектуру центра обработки данных:

Центры обработки данных можно рассматривать как взаимосвязанные следующие компоненты:

Серверы предназначены для вычислительных задач и оснащены внутренними вычислительными чипами, такими как GPU и CPU, а также памятью, жесткими дисками и другими компонентами;

Коммутатор отвечает за сетевую связь между серверами и между серверами и внешней сетью, обеспечивая обмен данными с помощью чипов ASIC;

Кроме того, существует система хранения данных: в современных архитектурах центров обработки данных хранилища в основном распределены по серверным узлам и размещены внутри серверов, интегрированы с ними.

На основе вышеописанной архитектуры мы можем представить сценарии применения CPO. Теперь на этой основе обсудим, почему CPO первоначально начался с коммутационных чипов?

Здесь мы приведем аналогию для функции коммутатора — коммутатор можно рассматривать как развязку внутри центра обработки данных. Можно представить, что коммутаторы несут наибольшую нагрузку на пропускную способность передачи данных, плотность портов и сопутствующие им ограничения по энергопотреблению, поэтому потребность в CPO здесь наиболее остра.

4. CPC

CPC — это совместно упакованная медная интерконнекция (Co-Packaged Copper), означающая прямую интеграцию высокоскоростных медных разъемов на подложку упаковки.

Преимущество этой технологической траектории в стоимости очевидно, но она все еще не решает проблемы пропускной способности и ослабления сигнала в медных средах, поэтому ее применение ограничено и может частично использоваться для соединения узлов GPU/CPU внутри стойки с коммутаторами и чипами памяти. В настоящее время NVIDIA по-прежнему использует медные соединения в своих стойках, но в будущем может перейти на оптические интерфейсы.

5. LPO

LPO — это линейно управляемая съемная оптика (Linear-Drive Pluggable Optics), упрощенная версия съемной оптики, в которой удалены внутренние чипы DSP/CDR, а аналоговые чипы Driver и TIA сохранены и усилены (функции этих компонентов мы рассмотрим позже), что обеспечивает прямое управление сигналом.

Проще говоря, в оптическом модуле просто убирают энергопотребляющий DSP-чип и отказываются от коррекции ошибок сигнала; одновременно усиливается аналоговый чип — независимо от точности сигнала, он напрямую усиливает электрический сигнал, который поступает от ASIC коммутатора для управления лазером.

Рисунок: Сравнительная схема традиционной модели и структуры LPO

Источник: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

Однако здесь также возникает проблема: поскольку трассировка PCB не сокращена (что приводит к ослаблению сигнала), а требования к качеству сигнала повышены, передача на большие расстояния все еще ограничена. Когда скорость достигает более высоких уровней (более 1,6 Тбит/с), проблемы целостности сигнала становятся особенно заметными. То есть при упрощении конструкции происходит компромисс в производительности.

Таким образом, мы видим, что, несмотря на компромиссные решения, такие как NPO, CPC и LPO, по мере перехода центров обработки данных к более высоким скоростям и большим кластерам эти компромиссные подходы неизбежно столкнутся с ограничениями, и CPO — это следующее поколение решения, которое необходимо освоить.

6. Что такое оптический коммутатор (OCS) и угрожает ли он позициям CPO?

Здесь неизбежно возникает вопрос об OCS (Optical Circuit Switch). Основная особенность такого коммутатора заключается в отсутствии оптоэлектронного преобразования на всех этапах: физическая оптическая цепь создается непосредственно в оптической области с помощью матрицы оптических переключателей.

Рисунок: схема OCS

Источник: Orbray, Dolphin Research

Его можно наглядно представить как массив зеркал, которые могут поворачиваться под разными углами по команде, отражая свет в различные направления.

На первый взгляд, OCS напрямую передаёт оптический сигнал, заменяя традиционный процесс оптико-электрического и электрико-оптического преобразования, и кажется, что с такой технологической траекторией CPO не нужен (по крайней мере, не нужен на уровне коммутатора). Но на самом деле это не так.

Здесь мы рассмотрим, как построена архитектура коммутаторов в центре обработки данных:

(1) Внутри материнской платы: сначала мы знаем, что наиболее важные вычисления в центре обработки данных осуществляются с помощью GPU. После завершения вычислений GPU передает данные CPU, который обрабатывает их и передает сетевой карте (содержащей ASIC), или же GPU может напрямую передавать данные сетевой карте.

Таким образом, вышеуказанные этапы можно реализовать на одной материнской плате или, по крайней мере, на одном сервере.

(2) В стойке: после этого данные передаются с серверов на коммутатор стойки. В одной стойке может быть несколько серверов, высокоскоростно соединённых между собой, но на вершине стойки должен находиться коммутатор, обеспечивающий связь с внешней сетью и обмен данными между внутренними и внешними данными. Этот коммутатор называется ToR (Top of Rack) коммутатором.

А все вышеуказанные этапы реализованы в одном стойке.

(3) Межстоечное пространство: Центр обработки данных состоит из кластера из нескольких стоек; как организуется связь между стойками? Здесь на помощь приходят Spine-коммутаторы. Spine-коммутаторы управляют высокоскоростными соединениями между всеми Leaf-коммутаторами, а также между центром обработки данных и внешней средой, являясь центральным узлом всей коммутационной сети центра обработки данных.

Рисунок: Схема Spine-коммутаторов и Leaf-коммутаторов в центре обработки данных

Источник: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

OCS в основном используется для замены коммутаторов Spine.

Сначала, из-за высокой цены и высокого энергопотребления коммутаторов Spine, наибольшая потребность в альтернативных решениях.

Во-вторых, функции OCS ограничены: они могут только передавать сигналы (отражать свет), подобно зеркалу. Однако традиционные коммутаторы обладают более полным функционалом — им необходимо распаковывать пакеты, анализировать IP-адреса и принимать решения о маршрутизации. Например, поскольку OCS может выполнять только команды и не обладает способностью к принятию решений, в таких условиях его можно использовать исключительно в качестве Spine-коммутатора. Однако если вы хотите заменить и Leaf-коммутаторы, потребуется добавить дополнительные компоненты для выполнения функций «обработки пакетов», например, интеллектуальные сетевые карты (SmartNIC). В этом случае архитектура становится сложнее и не обязательно является оптимальным решением.

Таким образом, архитектура становится совершенно ясной:

На текущем этапе коммутаторы по маршруту CPO, такие как Quantum X800-Q3450 от NVIDIA и Tomahawk 6 - Davisson от Broadcom, а также коммутаторы OCS, продвигаемые Google, заменяют традиционные Spine-коммутаторы, и между ними действительно существует прямая конкуренция.

Однако в конечном итоге, хотя OCS имеет потенциал заменить коммутаторы Spine, далее, для устройств с большим объемом использования, электро-оптическое преобразование между оптическим модулем и ASIC-чипом на Leaf-коммутаторе, соединения между материнскими платами внутри серверов (через сетевую карту ASIC или NVSwitch и т.д.), а также соединения между вычислительными чипами на материнской плате, между вычислительными чипами и ASIC-чипом сетевой карты, по-прежнему требуют использования CPO. Таким образом, в будущем эти два подхода будут скорее дополнять друг друга.

Какие этапы цепочки создания стоимости задействованы?

(1) Сначала разберем принципы и архитектуру CPO

CPO можно рассматривать как улучшенную версию оптического движка, а задачей оптического движка является преобразование оптического сигнала в электрический; он включает в себя следующие основные компоненты:

1. Часть фотонной схемы

(1) Модулятор: преобразует электрические сигналы (цифровые 0/1) в оптические сигналы, контролируя интенсивность и сигнал света.

(2) Детектор: это PD (фотодиод), преобразующий оптический сигнал в электрический.

(3) Волновод: можно представить как микроскопическое волоконно-оптическое устройство, напечатанное внутри чипа.

2. Электронная схема

(1) Драйвер: усиливает слабый электрический сигнал, поступающий от коммутатора или сервера, до уровня, достаточного для точного управления свечением лазера, поэтому следующим этапом после драйвера является модулятор.

(2) TIA (трансимпедансный усилитель): усиливает и преобразует чрезвычайно слабый электрический сигнал, генерируемый PD, в напряжение, пригодное для обработки последующими схемами, поэтому TIA является следующим этапом после PD.

3. Источник света, то есть лазер

Модулятор сам по себе не излучает свет, но он может управлять светом, поэтому здесь требуется компонент, который излучает свет, — лазер.

Диаграмма структуры светового движка

Источник: Цзун Цзэгуй и др., «Исследование硅光ового трансиверного модуля 400G FR4», Dolphin Research

Еще два компонента:

4. DSP и CDR используются для восстановления электрических сигналов. Один компенсирует физические повреждения электрического сигнала, другой извлекает точные часовые импульсы из поврежденного сигнала и восстанавливает тайминг данных, причем чипы DSP обычно интегрируют функцию CDR.

Как и LPO, CPO удаляет DSP из оптического движка, который требует высокой мощности, высокой стоимости и имеет задержку. Однако в схеме CPO функции DSP интегрированы в коммутационный ASIC, тогда как в LPO используется аналоговая схема для усиления сигнала. Кроме того, CPO интегрирует CDR в высокоскоростной SerDes.

А что такое высокоскоростной SerDes? Высокоскоростной SerDes включает в себя Ser — сериализатор и Des — десериализатор, которые расположены внутри чипа ASIC и предназначены для упаковки параллельных данных из чипа в высокоскоростной последовательный поток или для распаковки и восстановления высокоскоростного последовательного потока в несколько низкоскоростных параллельных данных.

(2) Теперь рассмотрим, какие этапы включает в себя вся цепочка создания CPO:

1. Прежде всего, весь CPO

В CPO оптический модуль включает в себя как фотонную схему, так и электронную схему, упомянутые выше, а оптический модуль вместе с ASIC-чипом составляет основную часть коммутатора CPO. Сначала рассмотрим ключевой вопрос: кто будет заниматься этим CPO?

Традиционные оптические модули, состоящие из оптических компонентов, дискретных устройств и т.д., могут быть полностью предоставлены специализированными производителями, такими как Zhongji Shuangchuang, Xinyisheng, Coherent, которые нам хорошо известны. А что насчет CPO? Очевидно, что они больше не могут доминировать в этом.

Мы склонны считать, что направление промышленной ценности в рамках CPO будет таким:

(1) Производители обменных систем и платформ, владеющие ключевыми технологиями: компании, контролирующие системные платформы и производители коммутационных чипов, такие как NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell, определяющие архитектуру и стандарты и продающие полные комплекты продуктов;

(2) Контрактные производители: TSMC, UMC, Amkor — эти заводы по производству и тестированию выполняют изготовление волокон, оптоинтеграцию и передовые технологии упаковки по контракту;

(3) Поставщики верхнего звена: такие производители компонентов, как Coherent/Lumentum, продолжают производство и поставку оптоэлектронных компонентов.

(4) Традиционные производители оптических модулей: в течение переходного периода Zhongji Xuchuang / New Optical и другие продолжают предоставлять оптические движки, а также компромиссные решения CPO, основанные на соображениях обслуживаемости, такие как NPO и LPO.

2. Помимо основного светового двигателя CPO, необходимо обратить внимание на несколько других компонентов

(1) Лазер

CPO может интегрировать только оптоэлектронные преобразующие компоненты, прямая интеграция лазеров по-прежнему затруднительна, поэтому внешние лазеры по-прежнему необходимы. В то же время требования к мощности лазера при использовании CPO значительно возрастают (по крайней мере в 3–4 раза), что также значительно повышает требования к производительности и надежности, соответственно увеличивая их стоимость.

Однако здесь существует выбор технологического пути:

1) EML-лазер: традиционный подход, в котором лазер и модулятор интегрированы вместе; его преимущество — подходящность для высокой пропускной способности более 200 ГГц и длинных дистанций связи. Этот подход находится под монополией таких гигантов, как Lumentum, II-VI (Coherent) и Sumitomo.

2) CW-лазеры: перспективное направление, которое полностью изолирует лазер, обеспечивая преимущества по стоимости и энергопотреблению, а также лучше соответствует будущей архитектуре CPO. Поставки CW-лазеров относительно гибки: китайские производители, такие как Yuanjie Technology, Shijia Photonics и Changguang Huaxin, уже достигли серийного производства продуктов мощностью 70 мВт/100 мВт и получили крупные заказы.

Рисунок: Схематическое различие между EML и CW лазерами

Источник: Sumitomo Electric, Dolphin Research

Затем идут четыре оптоволоконных компонента, которые редко используются в традиционной архитектуре сменных оптических модулей:

(2) Блок волоконно-оптических массивов (FAU, Fiber Array Unit): используется для точной установки волокон для обеспечения высокоточной наводки между волокнами и волноводами.

Рисунок: Блок волоконного массива

Источник: Corning, Dolphin Research

(3) Поляризационно-сохраняющее волокно (PMF, Polarization Maintaining Fiber): специальное волокно, предназначенное для сохранения состояния поляризации света.

(4) Распределительная коробка для оптоволокна (Fiber Shuffle): используется для упорядочивания оптоволокон, позволяет переупорядочить расположение оптоволокон в сложных высокоплотных устройствах.

Рисунок: Схема Fiber Shuffle

Источник: Hyoptic, Dolphin Research

(5) Оптоволоконный разъем (MPO, Multi-Fiber Push On): используется для соединения многомодовых оптоволокон.

Рисунок: Схема порта MPO

Источник: Senko, US Conec, Dolphin Research

Почему традиционные оптические модули редко используют вышеуказанные компоненты?

(1) В традиционной модели оптоволокно вставляется непосредственно в стандартизированный разъем, однако в CPO оптоволокно должно быть точно скоммутировано с волноводом на поверхности оптического чипа, поэтому требуется использование FAU;

(2) Традиционная модель представляет собой прямую модуляцию, нечувствительную к поляризационному состоянию светового сигнала, и ранее стоимость сохраняющей поляризацию оптоволоконной линии (PMF) была чрезвычайно высокой, что делало её малопригодной для промышленного применения; однако CPO использует внешний лазер в качестве источника света, и поляризационное состояние лазера приводит к значительным потерям энергии, поэтому необходимо применять PMF;

(3) В традиционной модели обычно используется только два оптоволоконных канала — один для передачи и один для приема, поэтому нет необходимости подключать сложные оптоволоконные кабели к задней панели, и для этого достаточно ручного обслуживания, Fiber Shuffle не требуется; однако при использовании CPO Fiber Shuffle обязателен;

(4) Аналогично, традиционные модули не требуют большого количества интерфейсов, но при скорости выше 400 Гбит/с в рамках CPO необходимо параллельное передача 8 или даже 16 оптоволоконных волокон, при этом пространство на панели ограничено, поэтому требуется многомодовый разъем MPO.

Таким образом, возможности инвестирования в рыночное пространство и отраслевые этапы, связанные с CPO, мы проанализируем в следующей части.