CPO (Ko-封装 Optik), ışık motorunu çip ile aynı paket alt tablasına doğrudan entegre eden bir optoelektronik veri iletim teknolojisidir ve kabin içi ile kabinler arası bağlantılar için aynı anda uygulanabilir; bu da geleneksel veri merkezlerinin karşılaştığı bant genişliği darboğazı, sinyal zayıflaması ve ısı yönetimi sorunlarını çözer. AI'nın hesaplama talebindeki patlama ile birlikte, geleneksel ağ altyapısı Agentic AI dönemine uygun bant genişliği taleplerini karşılayamamaktadır; bu nedenle CPO, bu sınırları aşmanın anahtarı haline gelmiştir. NVIDIA, Broadcom gibi büyük şirketler CPO anahtarları çözümünü aktif olarak geliştirmektedir; ancak şu anda ileri paketleme teknolojisi, ısı yönetimi, bakım ve standartlaştırma gibi engellerle karşılaşılmaktadır. NPO, OIO, CPC, LPO, OCS gibi diğer teknoloji yollarıyla karşılaştırıldığında, CPO geleceğin mutlaka aşılması gereken bir sonraki nesil çözümdür ve endüstri değeri anahtar çip üreticilerine ve ileri paketleme tesislerine odaklanacaktır.

Yazan: Denizcim Araştırma

2022 yılının sonunda ChatGPT’nin ortaya çıkmasından beri, hesaplama gücü (GPU), depolama gücü (depolama), yönlendirme ve kontrol gücü (CPU) gibi alanlarda AI, birbirini takip eden yarı iletken süper endüstri fırsatları ve trilyon dolarlık piyasa değerine sahip şirketler yaratmıştır.

Eğer AI altyapısında hâlâ bir trilyon dolarlık değer kazanacak “patlayıcı” bir bölümün bekleniyor ise, Deniz Kuzusu'nun en çok beklediği, AI çağının süper bağlantısı olacak. Eğer hesaplama gücü AI'nın “zekâ” sorununu çözdüyse, depolama gücü AI'nın “hafıza” sorununu çözdüyse, taşıma gücü, kısa ve uzun vadeli hafızaların zihinsel merkeze roket hızında girmesini ve çıkmasını sağlayacaktır.

Ya da AI papazı Huang Renxun'un ifadesini kullanırsak, hesaplama gücü ve bellek darboğazlarının yavaş yavaş giderilmesiyle birlikte, enerji onuncu sınıf düzeyinde sürekli bir zorluk haline gelmektedir; bir sonraki kritik nokta, Agentic AI çağındaki trilyonlarca model parametresi, karışık uzmanlar (MoE) ve yerel aktive edilme altında ağ bant genişliği taleplerini karşılayabilecek ağ altyapısıdır, çünkü geleneksel bulut çağı ağ altyapısı bu taleplerle tamamen uyumlu değildir.

Bu yazıda, AI ağ hızının adım adım geçiş yaptığı optik-elektrik传输 teknolojisi yönü olan CPO'yu araştırarak AI çağındaki ağ传输ini keşfedelim. Denizkuzusu, CPO üzerine araştırmalarını şunlar olarak bölüyor:

Birincisi, CPO nedir ve geleneksel bakır bağlantıları gerçekten yerine geçebilir mi?

İkinci olarak, mevcut ana akım takılabilir optik modülleri tamamen yerine geçebilir mi?

Üçüncü olarak, bu trend kapsamında endüstrideki üst ve alt zincir şirketlerinin rekabet yapısı nasıl değişecektir?

Bu makalede, öncelikle zincirin temel sorunlarını bir sıralama yapacağız.

Aşağıda detaylı analiz yer almaktadır

01 CPO nedir?

Geleneksel veri merkezi mimarisinde, ışık sinyallerini veri merkezine elektrik sinyallerine dönüştüren veya veri merkezinde üretilen elektrik sinyallerini ışık sinyallerine dönüştürerek fiber optiklere ileten önemli bir bileşen olan “optik modül” bulunur. Bu bileşen, veri iletiminde “köprü” ve “çevirici” rolü oynar.

İşlevsel olarak, CPO (ortak paketlenmiş optik) mimarisi, geleneksel optik modül fonksiyonlarını içerir, ancak aşağıdaki iki açık farka sahiptir:

1, Yapı farklı

Geleneksel optik modüller takılabilir olup, dış görünüşü evdeki ağ kablosu bağlantı noktasındaki kristal başlık gibi görünür, ancak CPO tamamen farklıdır; optik dönüşümü yapan optik motoru ve çip (burada özellikle anahtarın ASIC çipi) aynı paket alt tabakası veya ara katman üzerinde doğrudan entegre edilir.

2. Kullanım senaryoları farklıdır

Optik modüller genellikle kabinler arası (yani Scale-out) uygulamalarında kullanılır; CPO ise hem kabinler arası hem de kabin içi (Scale-up) uygulamalarında kullanılabilir. Kabinler arası kullanıldığında geleneksel optik modülleri, kabin içi kullanıldığında ise mevcut yaygın bakır bağlantıları yerine geçer.

Şekil: Geleneksel takılabilir model ile CPO çözümü karşılaştırması

Kaynak: GTC 2025, Dolphin Research

Görünüyor ki son zamanlarda hem NVIDIA hem de Broadcom, CPO anahtarları çözümlerini aktif olarak destekliyor.

Peki CPO teknolojisi neden bu kadar önem kazanıyor? Çünkü veri merkezlerinin hesaplama gücüne olan ihtiyacı sürekli artıyor, veri merkezlerinin veri iletimi için bant genişliği ihtiyacı da patlaması gibi artıyor ve veri merkezleri aşırı büyük hesaplama kümeleri yönünde ilerliyor; bu süreçte eski geleneksel veri iletim teknolojileri birçok engel oluşturuyor:

1. Bant genişliği darboğazı

Kabin içi senaryolarında, geleneksel anahtar panellerinin sınırlı alanına ve geleneksel takılabilir optik modüllerin boyutlarının azaltılması zor olmasından dolayı, tek bir anahtarın sağlayabileceği port sayısı sınırlıdır ve artan bant genişliği gereksinimlerini karşılayamaz.

Şu anda takılabilir modüller, tek bir modülde en fazla 1,6 Tbps bant genişliği desteklemektedir; tek bir anahtar paneli en fazla 51,2 Tbps bant genişliği desteklemektedir. Gelecekte 3,2 Tbps modüllerin piyasaya sürülmesi mümkün olabilir ve anahtarlar en fazla 102,4 Tbps destekleyebilir; bu, neredeyse takılabilir optik modüllerin sınırına ulaşmıştır.

2. Sinyal bütünlüğü darboğazı

Kabin içi senaryoda, iletim hızı arttıkça, geleneksel bakır kablolar kullanılırsa, elektrik sinyalleri uzun mesafelerde ciddi sinyal zayıflaması ve bozulma ile karşılaşırlar ve iletim mesafesi giderek sınırlanır.

Şu anda bakır kablolar, NVIDIA'nın NVLink bakır kabloları gibi, en fazla 1,8 TB/s bant genişliğini desteklemektedir ve mesafe 2 metreye kadar sınırlıdır; ancak tek bir GPU'nun bant genişliği ihtiyacı 3,6 TB/s yönünde ilerlemektedir.

3. Isı dağılımı ve güç tüketimi sınırlaması

Veri iletim hızı arttıkça, geleneksel iletişim bağlantılarının enerji tüketimi büyük ölçüde artıyor ve soğutma da giderek zorlaşıyor. Şu anda ABD'de veri merkezi inşasının büyük enerji engelleriyle karşılaştığını biliyoruz; bu nedenle enerji tüketimi sorunu önemli maliyet baskılarına neden olacaktır.

CPO, yukarıdaki birkaç sorunu teorik olarak iyi bir şekilde çözebilir; NVIDIA'ya göre, CPO uygulandığında güç verimliliği 3,5 kat artırılabilir.

02 Özel olarak, veri merkezlerindeki veri aktarım senaryoları nelerdir?

Burada veri merkezinin farklı senaryolarda ve aşamalardaki veri aktarım teknoloji yollarını ayrıştırıyoruz:

Şekil: Ölçeklendirme ve Ölçeklendirme Örnekleri

Kaynak: NADDOD, Dolphin Research

1. Ölçeklendirme, ana olarak kabin içi bağlantıları içerir

Ana olarak kabin içinde, özellikle sunucular içindeki donanım bağlantılarını içerir; bunlar CPU, GPU, ağ kartı, DDR bellek ve disk sürücüleri arasındaki bağlantıları kapsar.

Şu anda bu bağlantılar ana olarak bakırı temel bağlantı medyumu olarak kullanır; CPU, GPU ve ağ kartlarına bağlanan PCIe slotları ve bellek slotları (PCB bakır yolları), SATA kabloları ve diğer çeşitli bakır kabloları içerir. CPO, mevcut ana akım çözümünü devirme potansiyeline sahiptir.

2. Ölçeklendirme, ana olarak raf arası bağlantıları içerir

Ana olarak kabinler, sunucular ve anahtarlar arasındaki bağlantıları içerir.

Bu bağlantı için ışık, bağlantı medyusu olarak kullanılmalıdır; şu anda ana çözümler fiber optik ve takılabilir ışık modülleridir. Aynı şekilde, CPO da önemli bir gelişme yönüdür ve kabin içi senaryolara göre daha hızlı ilerlemektedir.

3. Ek olarak, veri merkezleri arasındaki ve veri merkezleri ile dışarı arasındaki bağlantılar da mevcuttur; ancak bu, bu makalenin odak noktası değildir.

Büyük oyuncuların stratejilerine göre, CPO şu anda ana olarak raf arası senaryolara odaklanmaktadır, ancak gelecekte raf içi senaryolara doğru genişleyebilir.

03 CPO şu anda ilk tanıtımlar aşamasındadır, karşılaşılan ana engel nedir?

1. Gelişmiş paketleme teknolojisinin olgunlaşması

Alt teknoloji düzeyinde, CPO, takılabilir optik modüller gibi geleneksel çözümlerle tamamen farklıdır. Geleneksel optoelektronik bileşenler, geniş anlamda optoelektronik eleman ve modüllerle üretim teknolojisi açısından büyük fark göstermez, ancak CPO, optik motoru tabaka veya ara katmana paketlemeyi gerektirir ve bunun için çoğunlukla CoWoS gibi ileri paketleme teknolojilerine dayanır.

Aynı zamanda, genellikle anlaşılan ileri paketleme ile karşılaştırıldığında, CPO yalnızca elektronik entegre devreleri değil, aynı zamanda fotonik entegre devreleri de entegre ettiğinden, bu heterojen entegrasyon, TSMC COUPE teknolojisi gibi yöntemlerle karışık bağlama gerektirir.

Sorun, bir yandan yukarıda belirtilen ileri paketleme teknolojilerinin üretim sürecinin son derece zor olması, hem NVIDIA hem de Broadcom'ın TSMC üretim kapasitesine bağımlı olması; ancak kapasite sınırlıdır. Bunun yanı sıra, gerekli optokuplörler ve ekipmanlar, karışık bağlama ekipmanları, test ekipmanları ile ABF alt tabakalar gibi malzemelerin tedarikinde de engeller olabilir;

Ayrıca, şu anda yukarıda belirtilen ileri paketleme teknolojileri, özellikle heterojen entegrasyonun üretim verimliliği büyük ölçüde artırılabilir olup, maliyetler takviyeli çözümlerden çok daha yüksektir. TSMC şu anda ileri paketleme verimliliğini artırmak için çaba göstermektedir, ancak bu işlem bir miktar zaman alacaktır.

2. Bakım ve onarım sorunları

Gelenekli takılabilir çözümler için, “takılabilir” olmaları nedeniyle bakım ve onarım kolaydır. Ancak CPO tamamen farklıdır; optik-elektrik modülü, alt tabaka, ara katman ve hatta çip ile doğrudan paketlenmiştir, bu nedenle bakım ve onarım zorluğu geleneksel çözümlere kıyasla önemli ölçüde artar.

Ancak yukarıdaki sorunlar da çözülebilir; örneğin, tasarım düzeyinde belirli bir hata toleransı artırılabilir veya operasyonel düzeyde belirli bir fazlalık sağlanabilir vb.

3. Isı yönetimi sorunu

Optik motor ve çip yoğun bir şekilde paketlendiğinde, çalışma sırasında yerel ısınma belirgin şekilde artar ve lazerin dayanım sınırını aşabilir; bu nedenle termal yönetim de büyük bir sorundur. Yukarıdaki sorunları çözmek için daha verimli soğutma çözümlerine ihtiyaç vardır, ancak bu aynı zamanda maliyeti de etkileyecektir.

4. Standartlaştırılmış sorunlar

Şu anda NVIDIA, Broadcom vb. şirketler, pazar öncülüğü için kendi tamamen bağımsız CPO anahtarları çözümlerini aktif olarak piyasaya sürüyor. Ancak aynı zamanda endüstri standardı (arayüz standardı, paketleme standardı vb.) henüz oluşmamıştır; bu da tedarik zinciri boyunca ortak bir standart üzerine araştırma, geliştirme ve yapılandırma yapılmasını zorlaştırır ve ticarileştirme için ana zorlukları oluşturur.

Sonuç olarak, yukarıdaki sorunların tümü için çözümler mevcuttur, ancak bu çözümler teknolojinin olgunlaşması ve standartların oluşturulmasına bağlıdır; bunların her biri zaman ister.

Öte yandan, temel olarak CPO teknolojisinin toplam maliyet açısından bir avantaj sağlaması gerekiyor.

Bu, herhangi bir çözümde maliyetin her zaman temel bir faktör olduğunu ortaya koyar; ancak CPO dışında, daha ileri ya da daha konservatif diğer yollar da ilerlemektedir ve bunlar arasındaki ilişki nedir? Burada önce farklı teknoloji yollarının farklarını ayırt edelim.

04 Teknik yol karşılaştırması

1. CPO

Yukarıda bahsedildiği gibi, tartıştığımız CPO, yani ortak paketlenmiş optik (Co-Packaged Optics), ışık motorunu ve çipi aynı alt tabloya entegre etmeyi ifade eder; buradaki çip,交换 çipi (ASIC) olabileceği gibi GPU gibi hesaplama çipleri de olabilir, ancak genellikle交换 çipi kastedilir.

2. NPO

NPO, Yakın Paketlenmiş Optik (Near-Packaged Optics) anlamına gelir ve CPO'dan daha ilkel bir seviyededir; aynı alt tabaka veya ara yüzeye kadar paketleme düzeyine ulaşmamıştır, sadece aynı PCB ana kart üzerinde paketlenmiştir.

Çin'de Alibaba, Huawei gibi şirketler NPO çözümünü destekliyor; bu, ileri paketleme kapasitesi eksikliği altında bir uzlaşım olarak görülebilir, ancak bir süre için Çin pazarında ana akım çözüm haline gelebilir ve bu, NVIDIA çözümünün Çin pazarındaki nüfuzunu bir ölçüde etkileyebilir.

Şekil: Farklı entegrasyon yöntemleri gösterilmiştir: (üsten aşağıya sırayla takılabilir yöntem, NPO, CPO (paket tabanına entegre), CPO (aracı tabakaya entegre) ve aşağıda bahsedilecek OIO)

Kaynak: ASE, Dolphin Research

3. OIO

OIO (Optical I/O), CPO'nun ilerlemiş bir versiyonu olarak görülebilir; burada anahtar chip'lerden söz edilmez, temel olarak hesaplama chip'leriyle ilgilidir ve ışık motorunu hesaplama chip'iyle birlikte paketlemeyi veya hatta doğrudan chip düzeyinde birleştirmeyi ifade eder; bu tamamen kabin içi senaryolara yöneliktir.

Şekil: Farklı entegrasyon yöntemleri: takılabilir, CPO, OIO

Kaynak: TSMC, Openlight, Dolphin Research

Buraya kadar konuşurken, veri merkezi mimarisini tekrar netleştirelim:

Veri merkezi, aşağıdaki bileşenlerin birbirine bağlandığı bir yapı olarak düşünülebilir:

Sunucular, hesaplama görevlerine odaklanır ve içlerinde GPU, CPU gibi hesaplama çipleri, bellek, sabit disk vb. bulunur;

Anahtarlar, sunucular arasındaki ve sunucuların dışarıya ağ iletişimini ASIC çipleriyle sağlar;

Ayrıca, mevcut ana akım veri merkezi mimarisinde depolama sistemi de bulunmaktadır; depolama cihazları genellikle sunucu düğümlerine dağıtılmış ve sunucuların içine entegre edilmiştir.

Yukarıdaki mimariye dayanarak, CPO'nun kullanım senaryolarını hayal edebiliriz. Bu temelde, neden CPO'nun önce anahtar chip'ten başladığını tartışalım.

Burada anahtarın rolünü bir karşılaştırma ile açıklayalım—anahtar, veri merkezi içindeki bir geçit olarak düşünülebilir; bu durumda anahtarın taşıdığı veri aktarım bant genişliği baskısı, port yoğunluğu ve bununla birlikte gelen güç tüketimi sınırlamalarının en büyük olduğu açıkça görülür, bu nedenle CPO ihtiyacı daha da acil hale gelir.

4. CPC

CPC, ortak paketlenmiş bakır bağlantı (Co-Packaged Copper), yüksek hızlı bakır bağlantıları doğrudan paket tabanına entegre etmeyi ifade eder.

Bu teknoloji yolunun maliyet avantajı çok açıktır, ancak bakır medyumun bant genişliği darlığı ve sönümleme sorunlarını hâlâ çözmemektedir; bu nedenle uygulama alanları sınırlıdır ve sadece kabin içindeki GPU/CPU düğümleri ile anahtar ve depolama çipleri arasındaki bağlantıda kısmen kullanılabilir. Şu anda NVIDIA kabin çözümleri hâlâ bakır bağlantıları kullanmaktadır, ancak gelecekte ışık bağlantısına geçiş yapma olasılığı vardır.

5. LPO

LPO, lineer sürücülü takılabilir optik (Linear-Drive Pluggable Optics) olup, DSP/CDR çiplerini kaldırarak sadece analog çip Driver ve TIA'yı koruyup güçlendirerek sinyali doğrudan sürme prensibine dayalı bir inceleştirilmiş takılabilir optik türüdür (bu bileşenlerin işlevleri daha sonra anlatılacaktır).

Açıkçası, optik modülde yüksek güç tüketen DSP çiplerini tamamen kaldırıp sinyal düzeltmeyi bırakmak; aynı zamanda analog çipleri güçlendirerek, sinyalin doğruluğundan bağımsız olarak analog amplifikasyonla doğrudan anahtar ASIC'in elektrik sinyallerinin lazeri sürmesini sağlamak.

Şekil: Geleneksel model ile LPO yapısı karşılaştırması

Kaynak: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

Ancak burada da aynı sorunlar mevcut; PCB izleri kısaltılmadığından (sinyal zayıflamasına neden olur) ve sinyal kalitesi gereksinimleri daha yüksektir, bu nedenle uzun mesafeli iletim hala sınırlıdır. Ayrıca hızlar daha yüksek boyutlara (1,6T ve üzeri) ulaştığında sinyal bütünlüğü sorunları özellikle belirgin hale gelir. Yani, yapıyı basitleştirirken performans açısından da bir fedakârlık yapılacaktır.

Bu nedenle, NPO, CPC, LPO gibi uzlaşmalar olsa da, veri merkezlerinin daha yüksek hızlara ve daha büyük kümelere doğru ilerlemesiyle bu uzlaşmaların sınırları ortaya çıkacak ve CPO, geleceğin mutlaka aşılması gereken bir sonraki nesil çözümüdür.

6. Optik devre anahtarı (OCS) nedir ve CPO'nun konumunu tehdit eder mi?

Buraya kadar konuşulduğunda, OCS (Optical Circuit Switch) mutlaka ele alınmalıdır. OCS türü anahtarın temel özelliği, tam süreç boyunca optik-elektrik dönüşümü olmaksızın, optik anahtar matrisi aracılığıyla doğrudan optik alan içinde fiziksel bir optik yol oluşturmasıdır.

Şekil: OCS şeması

Kaynak: Orbray, Dolphin Research

Bunu, talimatlara göre ışığı farklı açılara yansıtmak için aynaların açısını ayarlayabilen bir dizi ayna (mikro ayna dizisi) ile oluşturulmuş gibi hayal edebilirsiniz.

Yüzeyde OCS, geleneksel anahtarların ışık-elektrik ve elektrik-ışık dönüşüm süreçlerini doğrudan ışık sinyallerini ileterek değiştiriyor gibi görünüyor ve bu teknoloji yolunu kullanmak, CPO'ya gerek olmadığını (en azından anahtar aşamasındaki CPO'ya) ima ediyor. Ancak gerçek böyle değil.

Burada veri merkezinde anahtarın mimarisinin nasıl oluşturulduğunu özetliyoruz:

(1) Ana plakada: Öncelikle, veri merkezindeki en temel hesaplamanın GPU ile yapıldığını biliyoruz. GPU hesaplamayı tamamladıktan sonra, veriler CPU'ya aktarılır, CPU işlem yaptıktan sonra veriler ağ kartına (ASIC içeren) iletilir veya GPU doğrudan ağ kartına veri iletir.

Yukarıdaki aşamalar bir ana kart üzerinde veya en azından bir sunucu içinde gerçekleştirilebilir.

(2) Rafa göre: Ardından, veriler sunucudan rafın anahtarına iletilir. Bir raf içinde birden fazla sunucu yüksek hızda birbirine bağlanabilir, ancak rafın üstünde, raf içindeki verilerle dış verileri değiştirmek için dış iletişimi sağlayan bir anahtar bulunmalıdır. Bu anahtar, ToR (Raf Üstü) anahtarı olarak adlandırılır.

Yukarıdaki aşamalar aynı raf içinde gerçekleştirilmiştir.

(3) Kabinler arası: Veri merkezi, birden fazla kabinden oluşan bir kümeydir; kabinler arası iletişim nasıl yönlendirilir? Burada Spine anahtarlayıcının rolü devreye girer. Spine anahtarlayıcı, tüm Leaf anahtarlayıcıları arasındaki ve veri merkezi dışına olan yüksek hızlı bağlantıları yönetir; veri merkezi içindeki tüm anahtarlayıcı ağı için merkezidir.

Şekil: Veri merkezindeki Spine anahtarları ve Leaf anahtarları gösterimi

Kaynak: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

OCS, özellikle Spine anahtarlayıcısının yerini almak için kullanılmaktadır.

Öncelikle, Spine anahtarları yüksek maliyetli ve yüksek güç tüketimli olduğundan, alternatif çözümlere olan ihtiyaç en acil durumdadır.

İkinci olarak, OCS'nin rolü sınırlıdır; sadece sinyalleri iletir (ışığı yansıtır), bir ayna gibi. Ancak geleneksel anahtarlar daha tam fonksiyonlara sahiptir; veri paketlerini parçalamak, IP adresini incelemek ve nereye yönlendireceklerini karar vermek zorundadırlar. Örneğin, OCS yalnızca komutları gerçekleştirebilir ve karar verme yeteneğine sahip değildir; bu nedenle yalnızca Spine anahtarı olarak kullanılması mümkündür. Ancak Leaf anahtarlarını da değiştirmek isterseniz, "paket işleme" işlevini gerçekleştirmek için akıllı ağ kartı (SmartNIC) gibi ek bileşenler eklemeniz gerekir; bu durumda mimari karmaşıklaşır ve mutlaka en iyi çözüm olmayabilir.

Buna göre yapı oldukça net:

Şu anki aşamada, NVIDIA'nın Quantum X800-Q3450'u ve Broadcom'un Tomahawk 6 - Davisson gibi CPO yoluyla geliştirilen switch'ler, tümü Spine switch'leridir ve Google'ın OCS switch'lerini önermesi de geleneksel Spine switch'leriyle doğrudan rekabet etmektedir.

Ancak nihai olarak, OCS'nin Spine anahtarlayıcılarını yerine geçme şansı olsa da, daha büyük miktarlarda kullanılan Leaf anahtarlayıcılarında optik motor ile ASIC çip arasındaki elektrik-optik dönüşüm, sunucu içinde ana kart ile ana kart arasındaki bağlantılar (ağ kartı ASIC veya NVSwitch aracılığıyla) ve ana kart üzerindeki hesaplama çipleri arasındaki ve hesaplama çipleri ile ağ kartı ASIC arasındaki bağlantılar için hâlâ CPO kullanılması gerekmektedir. Bu nedenle gelecekte ikisi daha çok birbirini tamamlayan bir ilişki içinde olacak.

05 Hangi endüstri zinciri aşamaları dahildir?

(1) Öncelikle CPO'nun prensibini ve mimarisini inceleyelim

CPO, ışık motorunun geliştirilmiş bir versiyonu olarak görülebilir ve ışık motorunun görevi optik-elektrik dönüşümü yapmaktır; bunun ana bileşenleri şunlardır:

1. Fotonik devre bölümü

(1) Modülatör: Elektrik sinyalini (0/1 dijital) ışık sinyaline dönüştürmek için ışığın şiddetini ve sinyalini kontrol eder.

(2) Dedektör: PD (Fotodiyot), ışık sinyalini elektrik sinyaline dönüştürür.

(3) Dalga kılavuzu: Çipin içine basılmış minyatür fiber optikler olarak anlaşılabilir.

2. Elektronik devre bölümü

(1) Sürücü: Anahtar veya sunucudan gelen zayıf elektrik sinyallerini, lazerin ışık yaymasını tam olarak kontrol edebilecek elektrik sinyallerine dönüştürür; bu nedenle sürücünün sonraki aşaması modülatördür.

(2) TIA (Transimpedance Amplifier): PD tarafından üretilen son derece zayıf elektrik sinyalini amplifiye ederek ve voltaj sinyaline dönüştürerek sonraki devrelerin işlemesi için uygun hale getirir; bu nedenle TIA, PD'nin bir sonraki aşamasıdır.

3. Kaynak, yani lazer

Modülatör kendiliğinden ışık çıkarmaz, ancak ışığı kontrol edebilir; bu nedenle bununla birlikte çalışacak bir ışık kaynağı, yani lazer gereklidir.

Işık Motoru Yapısı Şeması

Kaynak: Zong Ze Guo vb., “400G FR4 Silikon Işık Alıcı Verici Modülü Araştırması”, Dolphin Research

Ayrıca iki parça daha var:

4. DSP ve CDR, telekomünikasyon sinyallerini onarmak için kullanılır. Birisi elektrik sinyalinin fiziksel hasarını telafi etmek için, diğeri hasarlı sinyalden hassas saat çıkarmak ve veri zamanlamasını yeniden düzenlemek için kullanılır; DSP çipleri genellikle CDR işlevini içerir.

CPO, LPO gibi yüksek güç tüketimli, maliyetli ve gecikmeli DSP'yi ışık motorundan kaldırır. Ancak CPO çözümünde DSP'nin bazı işlevleri anahtarlama ASIC'ine entegre edilirken, LPO analog çip ile sinyali güçlendirmeyi kullanır; ayrıca CPO, CDR'yi yüksek hızlı SerDes'e entegre eder.

Peki yüksek hızlı SerDes nedir? Yüksek hızlı SerDes, Ser serileştirici ve Des de-serileştiriciyi içerir; bunlar ASIC çipinin içinde yer alır ve çip içi paralel verileri yüksek hızlı seri veri akışına paketlemek veya yüksek hızlı seri veri akışını çözmek ve çoklu düşük hızlı paralel verilere dönüştürmek için kullanılır.

(2) Şimdi CPO zincirinin tüm aşamalarına bakalım:

1. Öncelikle CPO genel olarak

CPO'da yer alan ışık motoru, yukarıda bahsedilen fotonik devre ve elektronik devre bölümlerini içerir; ardından ışık motoru, ASIC çipiyle birlikte CPO anahtarı oluşturur. Burada ilk olarak şu temel soruyu ele alalım: Bu CPO'yu kim yapacak?

Geleneksel optik modüller, optik bileşenler, ayrık cihazlar vb. tarafından oluşturulan bağımsız modüllerdir ve tanıdık üreticiler olan Zhongji Shuangchuang, Xinyisheng, Coherent gibi uzman üreticiler tarafından tamamen sağlanabilir; ancak CPO için durum ne olacak? Açıkçası, bunları artık bu şirketlerin yönetmesi mümkün değil.

CPO altındaki endüstri değeri yönünün şöyle olacağını düşünüyoruz:

(1) Ana teknolojiyi elinde tutan takas üreticileri ve platform sağlayıcılar: NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell gibi veri merkezi sistem platformları ve takas çip üreticilerini, mimari ve standartları tanımlamak ve tam ürün paketlerini satmak için kullanmak;

(2) Üretim ortağı: TSMC, UMC, Amkor gibi fabrika / paketleme ve test tesisleri ile wafer üretimi / optoelektronik entegrasyonu / ileri paketleme hizmetleri;

(3) Üst akış tedarikçileri: Coherent/Lumentum gibi cihaz üreticileri optoelektronik cihazların üretimini ve tedarikini sürdürmektedir.

(4) Geleneksel optik modül üreticileri: Orta dönem boyunca NPO, LPO gibi ara çözümler ve bakım kolaylığı göz önünde bulundurularak tasarlanan kompromu CPO tasarımları altında optik motor modüllerini sağlamaya devam ediyor.

2. CPO'nun temel ışık motoru dışında dikkat edilmesi gereken birkaç bileşen daha vardır

(1) Lazer

CPO, optik-elektrik dönüşüm bileşenlerini entegre edebilir, ancak lazerleri doğrudan entegre etmek hâlâ zordur; bu nedenle dışarıdan lazer gereklidir. Aynı zamanda, CPO'nun lazer gücüne yönelik talebi büyük ölçüde artmıştır (en az 3-4 kat artış), bu da performans ve güvenilirlik gereksinimlerini de önemli ölçüde yükseltir ve dolayısıyla değer miktarı da büyük ölçüde artar.

Ancak burada bir teknik yol seçimi var:

1) EML lazer: Geleneksel yol; lazer ve modülatörü birleştirir, 200G ve üzeri yüksek bant genişliği ve uzun mesafe iletişim için uygundur. Bu yol, Lumentum, II-VI (Coherent), Sumitomo gibi dev şirketler tarafından monopolize edilmiştir.

2) CW lazerler: Yeni bir yol; lazerleri tamamen bağımsız hale getirerek maliyet ve güç tüketimi açısından avantaj sağlar ve gelecekteki CPO yoluna daha uygundur. CW lazer tedariki nispeten esnektir; Çinli şirketler olan Yuanjie Technology, Shijia Photonics ve Changguang Huaxin gibi üreticiler, 70 mW/100 mW ürünlerini serbest bırakmış ve büyük siparişler almıştır.

Şekil: EML ve CW lazerlerinin farkı şeması

Kaynak: Sumitomo Electric, Dolphin Research

Daha sonra, geleneksel takılabilir optik modül yollarında nadiren kullanılan dört ana fiber bileşeni:

(2) Fiber Array Unit (FAU): Fiber ile waveguide arasındaki yüksek hassasiyetli hizalamayı gerçekleştirmek için fiberleri tam olarak monte etmek için kullanılır.

Şekil: Fiber Dizisi Ünitesi

Kaynak: Corning, Dolphin Research

(3) Polarization Maintaining Fiber (PMF): Işık dalgasının polarizasyon durumunu sabit tutmak için kullanılan özel bir fiberdir.

(4) Fiber Shuffle (Optik Dağıtım Kutusu): Karmaşık, yüksek yoğunluklu cihazlardaki optik kabloların sıralamasını yeniden düzenlemek için kullanılır.

Şekil: Fiber Shuffle şeması

Kaynak: Hyoptic, Dolphin Research

(5) Fiber optik konektör (MPO, Multi-Fiber Push On): Çok çekirdekli fiber optikler arasındaki bağlantı için kullanılır.

Şekil: MPO portu şeması

Kaynak: Senko, US Conec, Dolphin Research

Neden geleneksel ışık modülleri yukarıdaki bileşenleri nadiren kullanır?

(1) Geleneksel modda, fiber doğrudan standart bir arayüze takılır, ancak CPO altında, fiber, optik çip yüzeyindeki dalga rehberiyle yüksek hassasiyetle birleştirilmelidir, bu nedenle FAU gereklidir;

(2) Geleneksel model doğrudan modülasyonu kullanır, ışık dalgasının polarizasyon durumuna duyarlı değildir ve daha önce polarization-maintaining fiber (PMF) maliyeti çok yüksekti, bu nedenle endüstriyel uygulamalar için uygun değildi; ancak CPO, dış bir lazerden ışık kaynağı sağlar ve lazer polarizasyon durumu büyük enerji kaybına neden olur, bu nedenle PMF kullanılması zorunludur;

(3) Geleneksel modda genellikle yalnızca bir gönderme ve bir alma olmak üzere iki fiber yolu bulunur; arka plaka ile bağlantı gerektiren o kadar karmaşık bir fiber yapısı yoktur, bu nedenle insan gücüyle yeterli olur ve Fiber Shuffle gerekmez; ancak CPO altında Fiber Shuffle zorunludur;

(4) Aynı şekilde, geleneksel modüllerin de birçok bağlantıya ihtiyacı yoktur, ancak CPO altında 400G üzeri bir hız elde edilirse, 8 veya hatta 16 adet fiberin paralel olarak iletimi gerekmektedir; ancak panel alanı sınırlı olduğundan, MPO gibi çok çekirdekli konektörler gerekmektedir.

Pazar alanı ve CPO'nun ilgili olduğu endüstri aşamalarındaki yatırım fırsatları için bir sonraki yazıda analiz yapacağız.