CPO (кооперативна упаковка оптики) — це оптоелектронна технологія передачі, яка передбачає безпосередню інтеграцію оптичного двигуна з чіпом на одній підкладці упаковки, що дозволяє застосовувати її як для міжшкафних, так і для внутрішньошкафних з’єднань, вирішуючи проблеми обмеженої пропускної здатності, загасання сигналу та перегріву, з якими стикаються традиційні центри обробки даних. Зі вибухом попиту на обчислювальну потужність з боку ШІ, традиційна інфраструктура мережі вже не може відповідати вимогам до пропускної здатності в епоху агентного ШІ, і CPO стає ключовим напрямком прориву. Такі гіганти, як NVIDIA та Broadcom, активно розвивають рішення на основі CPO-перемикачів; наразі основними бар’єрами є передові технології упаковки, управління теплом, технічне обслуговування та стандартизація. Порівняно з такими технологічними напрямками, як NPO, OIO, CPC, LPO та OCS, CPO є необхідним наступним поколінням рішення, і цінність галузі зосередиться на виробниках комутаційних чіпів та передових упаковувальних підприємств.

Автор статті, джерело: Dolphin Research

З кінця 2022 року, з моменту з’явлення ChatGPT, штучний інтелект став драйвером для послідовного ряду супергалузей напівпровідників — від обчислювальних потужностей (GPU), сховищ (зберігання), до керування та координації (CPU) — і породив безліч компаній з ринковою капіталізацією в трильйони доларів США.

Якщо в інфраструктурі ШІ ще залишається сектор, який чекає на з’явлення «короля» з капіталізацією в трильйон доларів, то Дельфін вважає найбільш перспективним суперз’єднання в епоху ШІ. Якщо обчислювальні потужності вирішили проблему «інтелекту» ШІ, а ємність зберігання — проблему «пам’яті» ШІ, то транспортні потужності мають вирішити, як швидко доставити довгострокову та короткострокову пам’ять до центру обробки інформації зі швидкістю ракети.

Або, використовуючи слова «папи» штучного інтелекту Хуан Ренсюна, з поступовим зняттям обмежень щодо обчислювальної потужності та пам’яті, енергія залишається постійною складністю рівня 10-го класу. Наступним ключовим обмеженням є високошвидкісна взаємодія мереж у епоху ШІ, оскільки інфраструктура мереж, створена для хмарних обчислень, повністю не відповідає вимогам до пропускної здатності, викликаних мільярдами моделей параметрів, змішаними експертами (MoE) та локальним активаційним режимом у епоху агентного ШІ.

У цьому матеріалі продовжимо дослідження мережевої передачі в епоху ШІ, зосередившись на напрямку поступового переходу на оптоелектронні технології передачі — CPO. Дослідження Дельфіна щодо CPO поділено на:

Що таке CPO, і чи здатен він замінити традиційні мідні з’єднання?

Друге: чи може він повністю замінити сучасні стандартні оптичні модулі?

Третє: Як зміниться конкурентна ситуація між компаніями в ланцюжку поставок у цьому тренді?

У цій статті ми спочатку проводимо огляд основних питань ланцюга поставок.

Ось детальний аналіз

01 Що таке CPO?

У традиційній архітектурі центру обробки даних важливим компонентом є «оптичний модуль», який перетворює оптичний сигнал, що надходить по оптичному волокну, у електричний сигнал для передачі в центр обробки даних, або навпаки — перетворює електричний сигнал, що генерується в центрі обробки даних, у оптичний сигнал для передачі по оптичному волокну, виконуючи функції «моста» та «перекладача» у процесі передачі даних.

З точки зору функціональності архітектура CPO (разом упакована оптика) включає функції традиційного оптичного модуля, але має дві очевидні відмінності:

1. Різна структура

Традиційні оптичні модулі є вставними і зовні схожі на кришку для мережевого кабелю вдома, але CPO абсолютно інший: він безпосередньо інтегрує оптичний двигун, відповідальний за оптико-електричне перетворення, і чіп (зазвичай ASIC-чіп комутатора) на одній і тій самій підложці або проміжному шарі.

2. Різні сценарії використання

Оптичні модулі зазвичай застосовуються між шафами (тобто Scale-out); а CPO може застосовуватися як між шафами, так і всередині шафи (Scale-up). При застосуванні між шафами він замінює традиційні оптичні модулі, а при застосуванні всередині шафи — поточні основні мідні з’єднання.

Рисунок: Схема традиційної схеми з вилученням та схеми CPO

Джерело: GTC 2025, Dolphin Research

Ми бачимо, що протягом останнього часу як NVIDIA, так і Broadcom активно просувають свої рішення CPO-перемикачів.

Чому ж технологія CPO отримала таку велику увагу? Тому що попит на обчислювальну потужність у центрах обробки даних постійно зростає, а потреба у пропускній здатності для передачі даних росте експоненційно, і центри обробки даних розвиваються у бік супервеликих обчислювальних кластерів. У цьому процесі старі традиційні технології передачі даних стають численними перешкодами:

1. Обмеження пропускної здатності

У сценаріях між шафами, через обмежену кількість простору на панелі традиційних комутаторів та складність зменшення розмірів традиційних вставних оптичних модулів, кількість портів, які може надати один комутатор, обмежена, що не дозволяє задовольнити зростаючі вимоги до пропускної здатності.

Наразі вставні модулі підтримують до 1,6 Тбпс на модуль, а один комутатор може підтримувати до 51,2 Тбпс. У майбутньому можуть бути випущені модулі з пропускною здатністю 3,2 Тбпс, а комутатор — до 102,4 Тбпс, що майже досягає межі вставних оптичних модулів.

2. Обмеження цілісності сигналу

У сценарії з кабельними шафами, із збільшенням швидкості передачі, при використанні традиційних мідних кабелів електричні сигнали зазнають серйозного загасання та спотворення при довгій передачі, а також відстань передачі все більше обмежується.

Зараз мідні кабелі можуть підтримувати пропускну здатність до 1,8 ТБ/с (наприклад, мідні кабелі NVLink від NVIDIA), але відстань строго обмежена 2 метрами, тоді як потреба в пропускній здатності для однієї GPU наближається до 3,6 ТБ/с.

3. Обмеження охолодження та споживання енергії

Зі збільшенням швидкості передачі потужність традиційних комунікаційних ліній значно зростає, а відведення тепла стає все складнішим. Ми знаємо, що будівництво центрів обробки даних у США зараз зустрічає величезні енергетичні перешкоди, тому проблеми з потужністю створюють значний витратний тиск.

CPO теоретично може ефективно вирішити вищезгадані проблеми; згідно з NVIDIA, застосування CPO дозволяє збільшити енергоефективність у 3,5 рази.

02 Конкретно, які сценарії передачі даних у центрах обробки даних?

Тут ми розбиваємо технологічні шляхи передачі даних у центрах обробки даних для різних сценаріїв та етапів:

Рисунок: Приклади масштабування вгору та вбік

Джерело: NADDOD, Dolphin Research

1. Масштабування, що в основному стосується внутрішнього з’єднання в шафі

Основною є внутрішня взаємопов’язаність обладнання в шасі, зокрема між серверними компонентами, такими як CPU, GPU, мережеві карти, DDR-пам’ять та жорсткі диски.

Наразі ці з’єднання в основному використовують мідь як основний медіум, включаючи PCIe слоти для підключення CPU, GPU та мережевих карт, а також слоти пам’яті (мідні траси на друкованій платі), SATA-кабелі та інші мідні кабелі. CPO може змінити поточну домінуючу схему.

2. Масштабування, що в основному стосується взаємозв’язку між шафами

Основною є взаємопов’язаність між шафами або серверами та комутаторами.

Для цього з’єднання необхідно використовувати світло як носій, наразі основними рішеннями є оптичні волокна та съемні оптичні модулі. Так само CPO є важливим напрямком розвитку і розвивається швидше, ніж у сценаріях всередині шафи.

3. Крім того, існують з’єднання між центрами обробки даних та між центрами обробки даних і зовнішніми системами — ця частина не є предметом обговорення цієї статті.

З урахуванням стратегій великих гравців, CPO на даний момент переважно спрямований на сценарії між шафами, але в майбутньому може бути застосований і всередині шаф.

03 CPO наразі перебуває на початковому етапі просування, які є основними бар’єрами?

1. Дозрівання технологій передового упакування

З точки зору базової технології, CPO принципово відрізняється від традиційних рішень, таких як сьогоднішні вставні оптичні модулі. Традиційні оптоелектронні компоненти не відрізняються за технологією виробництва від широкого класу оптоелектронних елементів та модулів, але CPO вимагає інтеграції оптичного двигуна на підкладку або проміжний шар, що здійснюється переважно за допомогою передових технологій упаковки, таких як CoWoS.

Тим часом, на відміну від звичайного розуміння передових упаковок, CPO також відрізняється тим, що він інтегрує не лише електронні інтегральні схеми, але й фотонні інтегральні схеми, і така гетерогенна інтеграція вимагає гібридного з’єднання за допомогою технологій, таких як TSMC COUPE.

Проблема полягає в тому, що з одного боку, вищезазначені технології передового упаковування мають надзвичайно високий рівень складності, і як NVIDIA, так і Broadcom залежать від виробничих потужностей TSMC, але потужності обмежені; крім того, можуть виникати перешкоди з постачанням необхідних матеріалів, таких як оптоелектронні компоненти та обладнання, обладнання для гібридного з’єднання, тестове обладнання та підкладки ABF.

Крім того, наразі виробнича вихідність вищезазначених передових технологій упаковки, зокрема гетерогенних інтеграцій, все ще має великий потенціал для покращення, що призводить до значно вищої вартості порівняно з плагінними рішеннями. Тайванська корпорація напружено працює над підвищенням виробничої вихідності передових технологій упаковки, але це потребує певного часу.

2. Проблеми з обслуговуванням і ремонтом

Для традиційних вставних рішень, оскільки вони є «вставними», їхнє обслуговування та ремонт зручні. Але CPO інший: його оптоелектронні модулі безпосередньо упаковані разом із підкладкою, інтерпозитом навіть чіпами, тому складність обслуговування та ремонту значно вища, ніж у традиційних рішеннях.

Але вищезазначені проблеми також можна вирішити, наприклад, шляхом підвищення ступеня надійності в дизайні або впровадження надлишковості на рівні операцій.

3. Проблеми теплового менеджменту

Висока щільність упаковки світлового двигуна та чіпа під час роботи призводить до значного місцевого нагрівання, навіть перевищуючи межі стійкості лазера, тому керування теплом також є великою проблемою. Щоб вирішити ці проблеми, необхідно впровадити більш ефективні схеми охолодження, але це також пов’язано з додатковими витратами.

4. Проблеми стандартизації

Зараз NVIDIA, Broadcom та інші компанії активно розробляють власні повністю незалежні рішення CPO-перемикачів, щоб зайняти лідируючі позиції на ринку. Однак стандарти галузі (стандарти інтерфейсів, упаковки тощо) ще не сформовані, що ускладнює розробку, виробництво та налаштування для ланок ланцюга поставок на основі єдиної стандартизації — це й є основною перешкодою для комерціалізації.

Загалом, можна побачити, що на наведені вище питання існують рішення, але вони залежать від дозрівання технологій, встановлення стандартів тощо, що вимагає часу.

З іншого боку, з фундаментальної точки зору, технологія CPO повинна сформувати перевагу за загальними витратами.

Це викликає питання: незалежно від будь-якого варіанту, витрати завжди є ключовим фактором, але крім CPO, існують й інші, більш передові або більш консервативні підходи, які розробляються — як вони співвідносяться між собою? Спочатку розглянемо відмінності між різними технологічними шляхами.

04 Порівняння технічних шляхів

1、CPO

CPO, про який ми говоримо, тобто спільно упакована оптика (Co-Packaged Optics), як зазначено вище, — це розміщення оптичного двигуна та чіпа на одній підкладці, де чіп може бути як перемикальним (ASIC), так і обчислювальним, наприклад GPU, але зазвичай мається на увазі саме перемикальний чіп.

2. NPO

NPO — це близьке оптичне упакування (Near-Packaged Optics), що є трохи менш розвиненим, ніж CPO, і не досягає рівня упакування на одній підложці чи посереднику, а лише розміщується на одній друкованій платі PCB.

У Китаї такі компанії, як Alibaba та Huawei, активно продвігають рішення NPO, що можна розглядати як компроміс через відсутність високотехнологічних потужностей упаковки, але протягом певного періоду це може стати домінуючим рішенням на китайському ринку, що певним чином вплине на проникнення рішень NVIDIA на цьому ринку.

Рисунок: різні способи інтеграції: (зверху вниз — вставний спосіб, NPO, CPO (інтегрований у підставку пакету), CPO (інтегрований у проміжний шар), а також OIO, про який йтиметься далі)

Джерело: ASE, Dolphin Research

3. OIO

OIO (Optical I/O) можна вважати розвитком CPO, де не має значення обмінний чіп, а основна увага приділяється обчислювальному чіпу — це злиття оптичного двигуна з обчислювальним чіпом, навіть на рівні самого чіпа, і це спрямовано виключно на сценарії всередині шафи.

Рисунок: Відображення різних методів інтеграції: сьогодні, CPO, OIO

Джерело: TSMC, Openlight, Dolphin Research

Зважаючи на це, давайте ще раз чітко визначимо архітектуру центру обробки даних:

Центр обробки даних можна розглядати як кілька взаємопов’язаних частин:

Сервери спеціалізуються на обчислювальних завданнях і оснащені внутрішніми обчислювальними чіпами, такими як GPU, CPU, а також пам’яттю, дисками тощо;

Перемикачі відповідають за мережевий зв’язок між серверами та між серверами та зовнішніми мережами, забезпечуючи обмін даними за допомогою чіпів ASIC;

Крім того, існує система зберігання, яка в сучасних архітектурах центрів обробки даних зазвичай розподілена між серверними вузлами та розміщена всередині серверів, інтегрована з ними.

На основі цієї архітектури ми можемо уявити сценарії застосування CPO. Тепер обговоримо, чому CPO почав саме зі змінних чіпів?

Тут ми можемо зробити аналогію зі-switch’ом — switch можна розглядати як рівневий розв’язувач усередині центру обробки даних. Уявіть, що switch несе найбільший навантаження на пропускну здатність передачі даних, щільність портів та пов’язані з цим обмеження щодо споживання енергії, тому потреба у CPO є найбільш актуальною.

4. CPC

CPC — це спільно упакований мідний інтерфейс (Co-Packaged Copper), що означає пряме інтегрування високoshвидісних мідних роз’ємів на підкладку упаковки.

Переваги в витратах цієї технологічної схеми є дуже очевидними, але вона все ще не вирішує проблеми обмеження пропускної здатності та загасання мідних провідників, тому її застосування обмежене і може частково використовуватися для з’єднання між вузлами GPU/CPU, комутаторами та чіпами пам’яті всередині стойки. Наразі NVIDIA все ще використовує мідні з’єднання в своїх стойкових рішеннях, але в майбутньому може перейти на оптичні з’єднання.

5. LPO

LPO — це лінійно-керована вставна оптика (Linear-Drive Pluggable Optics), це спрощена версія вставної оптики, яка видаляє внутрішні чіпи DSP/CDR, зберігаючи та підсилюючи лише аналогові чіпи Driver і TIA (функції цих компонентів ми розглянемо пізніше), щоб забезпечити пряме керування сигналом.

Простими словами, у оптичному модулі просто видаляють DSP-чіпи з високим споживанням енергії та відмовляються від корекції сигналів; одночасно підсилюють аналогові чіпи, щоб незалежно від точності сигналу, за допомогою аналогового підсилення безпосередньо подавати електричний сигнал від ASIC-перемикача для управління лазером.

Діаграма: порівняння традиційної моделі та структури LPO

Джерело: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

Але тут також є проблема: оскільки траси PCB не скорочені (що призводить до загасання сигналу), а вимоги до якості сигналу вищі, довгі відстані передачі все ще обмежені, і коли швидкість досягає більш високих рівнів (понад 1,6 Т), проблеми цілісності сигналу стають особливо помітними. Іншими словами, спрощення структури супроводжується втратою продуктивності.

Отже, ми бачимо, що, незважаючи на компромісні рішення, такі як NPO, CPC, LPO, зі зростанням швидкості та розміру центрів обробки даних ці компроміси неодмінно зустрінуться з обмеженнями, і CPO є наступним поколінням рішення, яке обов’язково потрібно розробити.

6. Що таке оптичний комутатор (OCS) і чи загрожує він позиціям CPO?

Згадуючи це, неминуче виникає питання про OCS (Optical Circuit Switch). Основною особливістю такого комутатора є відсутність оптоелектронного перетворення на всьому протязі процесу; фізична оптична лінія створюється безпосередньо в оптичній області за допомогою матриці оптичних перемикачів.

Рисунок: схема OCS

Джерело: Orbray, Dolphin Research

Це можна уявити як ряди дзеркал (мікродзеркальна матриця), які можна регулювати за командою, щоб відбивати світло під різними кутами.

На перший погляд, OCS безпосередньо передає світловий сигнал, замінюючи традиційний процес оптично-електричного та електрично-оптичного перетворення, і здається, що з використанням цієї технологічної схеми CPO не потрібен (принаймні, на етапі комутатора). Але насправді це не так.

Тут ми розглянемо, як побудована архітектура комутаторів у центрі обробки даних:

(1) На материнській платі: спочатку ми знаємо, що найважливіші обчислення в центрі обробки даних здійснюються за допомогою GPU. Після завершення обчислень GPU передає дані CPU, який обробляє їх і передає мережевій картці (що містить ASIC), або дані можуть бути передані безпосередньо від GPU до мережевої карти.

Тоді вищезазначені етапи можна реалізувати на одній материнській платі або принаймні на одному сервері.

(2) У стойці: після цього дані передаються з сервера на комутатор стойки. У одній стойці може бути кілька серверів, які швидко взаємодіють між собою, але на вершині стойки обов’язково повинен бути комутатор для зв’язку ззовні, який обмінює даними між стойкою і зовнішнім середовищем. Цей комутатор називається ToR (Top of Rack).

А вищеописані етапи здійснюються в одному шафі.

(3) Між шафами: Центр обробки даних складається з кластеру шаф; як здійснюється зв’язок між шафами? Саме тут наступає на сцену Spine-комутатор. Spine-комутатор відповідає за управління високоскоростними з’єднаннями між усіма Leaf-комутаторами, а також зовнішніми з’єднаннями центру обробки даних; він є центром усієї мережі комутаторів у центрі обробки даних.

Малюнок: Схема spine-перемикачів і leaf-перемикачів у центрі обробки даних

Джерело: Bryon Moyer, Semiconductor Engineering, Dolphin Research

OCS в основному використовується для заміни комутаторів Spine.

Спочатку, перемикачі Spine мають високу ціну та високе споживання енергії, тому потреба у альтернативах є найбільш терміновою.

Крім того, функції OCS обмежені: вони можуть лише пересилаєти сигнали (відбивати світло), подібно до дзеркала. Традиційні комутатори мають більш повний набір функцій — вони розбирають пакети, аналізують IP-адреси та вирішують, куди їх направити. Наприклад, оскільки OCS може виконувати лише команди, але не має здатності до прийняття рішень, використання його виключно як Spine-комутатора є доцільним. Однак, якщо ви хочете замінити також Leaf-комутатори, потрібно додати додаткові компоненти для виконання функцій «обробки пакетів», наприклад, розумні мережеві карти (SmartNIC). У такому випадку архітектура стає складнішою і не обов’язково є найкращим рішенням.

З цього видно, що архітектура дуже ясна:

Хоча на поточному етапі комутатори за маршрутом CPO, такі як Quantum X800-Q3450 від NVIDIA та Tomahawk 6 - Davisson від Broadcom, є Spine-комутаторами, а OCS-комутатори, просувані Google, також замінюють традиційні Spine-комутатори, між ними існує пряма конкуренція.

Але в кінцевому підсумку, хоча OCS має можливість замінити спін-перемикачі, далі, для більш масштабних застосувань — електро-оптичний перетворення між оптичними двигунами та ASIC-чіпами на листових перемикачах, з’єднання між материнськими платами в серверах (через мережеві картки ASIC або NVSwitch), а також з’єднання між обчислювальними чіпами на материнській платі, а також між обчислювальними чіпами та ASIC-чіпами мережевих карток — все ще вимагає використання CPO. Тому в майбутньому ці дві технології будуть більше доповнювати одна одну.

05 Які ланки ланцюга поставок задіяні?

(1) Спочатку розберемо принципи та архітектуру CPO

CPO можна вважати покращеною версією оптичного двигуна, а функція оптичного двигуна полягає у перетворенні світла в електрику; він складається з таких основних частин:

1. Частина фотонної схеми

(1) Модулятор: за допомогою керування інтенсивністю світла та сигналом перетворює електричний сигнал (0/1 цифровий) у оптичний сигнал.

(2) Детектор: це PD (фотодіод), який перетворює оптичний сигнал на електричний.

(3) Хвильовівід: можна розуміти як мікроскопічні оптичні волокна, нанесені на чіпі.

2. Електронна схема

(1) Драйвер: посилює слабкий електричний сигнал, що надходить від перемикача або сервера, до електричного сигналу, який точно керує світінням лазера, тому наступним етапом після драйвера є модулятор.

(2) TIA (трансімпедансний підсилювач): посилює та перетворює надзвичайно слабкий електричний сигнал, що генерується ФД, у напругу, придатну для обробки наступними схемами, тому TIA є наступним етапом після ФД.

3. Джерело світла, тобто лазер

Модулятор сам по собі не випромінює світло, але він може керувати світлом, тому для нього необхідний компонент, що випромінює світло — лазер.

Дані: схема структури світлової двигунної установки

Джерело: Цзун Цзэгуй та ін., «Дослідження 400G FR4 фотонічного трансиверного модуля», Dolphin Research

Також ще два компоненти:

4. DSP і CDR використовуються для відновлення електричних сигналів. Один використовується для компенсації фізичних пошкоджень електричного сигналу, інший — для виділення точного тактового сигналу з пошкодженого сигналу та відновлення таймінгу даних, причому чіпи DSP зазвичай інтегрують функції CDR.

Однією з подібностей між CPO та LPO є те, що обидва варіанти видаляють DSP з оптичного двигуна, який споживає багато енергії, має високу вартість і викликає затримки. Однак у схемі CPO функції DSP інтегровано до комутаційного ASIC, тоді як LPO використовує аналогові чіпи для підсилення сигналу. Крім того, CPO інтегрує CDR у високоскоростний SerDes.

А що таке високоскоростний SerDes? Високоскоростний SerDes включає Ser (серіалізатор) і Des (десеріалізатор), які розташовані всередині чіпа ASIC і призначені для упаковки паралельних даних чіпа у високоскоростний серіальний потік або для розпакування та відновлення високоскоростного серіального потоку у кілька низькoshвидових паралельних даних.

(Два) Тепер розглянемо, які ланки включає весь ланцюжок поставок CPO:

1. Спочатку загальний CPO

У CPO оптичний двигун містить як фотонну, так і електронну схеми, згадані вище, а потім оптичний двигун разом із ASIC-чіпом утворюють основну частину CPO-перемикача. Спочатку розглянемо ключове питання: хто буде виробляти цей CPO?

Традиційні оптичні модулі, які складаються з оптичних компонентів, дискретних пристроїв тощо, можуть повністю надаватися спеціалізованими виробниками, такими як Zhongji Shuangchuang, Xinyisheng, Coherent — імена, які нам добре відомі. А що щодо CPO? Зрозуміло, що вони більше не можуть бути їхніми лідерами.

Ми схильні вважати, що індустриальна цінність за CPO буде рухатися таким чином:

(1) Виробники обмінних пристроїв і платформ, що володіють ключовими технологіями: виробники системних платформ та чіпів для центрів обробки даних, такі як NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell, які визначають архітектуру та стандарти та продають повні комплекти продуктів;

(2) Підрядні виробники: TSMC, UMC, Amkor — ці підприємства з виробництва відбитків/упаковки та тестування виконують виробництво відбитків, оптоелектронну інтеграцію та передове упакування на замовлення;

(3) Постачальники верхнього ланцюга: компанії Coherent/Lumentum продовжують виробництво та постачання оптоелектронних пристроїв.

(4) Традиційні виробники оптичних модулів: Zhongji Xuchuang / Newlink та інші протягом перехідного періоду надають NPO, LPO та інші проміжні рішення, а також компромісні проекти CPO з урахуванням зручності обслуговування, продовжуючи постачати оптичні двигуни.

2. Крім основного світлового двигуна CPO, потрібно звернути увагу на кілька інших компонентів

(1) Лазер

CPO може інтегрувати лише оптоелектронні перетворювачі, а безпосередня інтеграція лазера все ще залишається складною, тому зовнішній лазер все ще необхідний. В той же час вимоги до потужності лазера збільшилися значно (щонайменше у 3–4 рази), відповідно зросли вимоги до продуктивності та надійності, тому його вартість також значно збільшилася.

Однак тут існує вибір технологічного шляху:

1) EML-лазер: традиційний підхід, який інтегрує лазер і модулятор; перевага — підходить для зв’язку з пропускною здатністю понад 200 ГГц та на великих відстанях. Цей підхід монополізовано такими гігантами, як Lumentum, II-VI (Coherent) та Sumitomo.

2) CW-лазери: новий напрямок, який повністю ізолює лазер, що дає переваги щодо витрат і споживання енергії, а також краще відповідає майбутній доріжці CPO. Постачання CW-лазерів відносно гнучке; китайські виробники, такі як Yuanjie Technology, Shijia Photonics та Changguang Huaxin, вже досягли масового виробництва продуктів потужністю 70 мВт/100 мВт і отримали величезні замовлення.

Діаграма: Відмінності між EML та CW лазерами

Джерело: Sumitomo Electric, Dolphin Research

Далі йдуть чотири оптичні компоненти, які рідко використовуються у традиційних підходах до вставних оптичних модулів:

(2) Одиниця волоконної матриці (FAU, Fiber Array Unit): використовується для точного монтажу оптичних волокон з метою досягнення високої точності зіставлення з хвильоводом.

Рисунок: Блок волоконної матриці

Джерело: Corning, Dolphin Research

(3) Волокно з підтримкою поляризації (PMF, Polarization Maintaining Fiber): це спеціальне волокно, призначене для збереження стану поляризації світлової хвилі.

(4) Коробка для розподілу оптичних волокон (Fiber Shuffle): використовується для впорядкування оптичних волокон, дозволяючи змінити порядок розташування оптичних волокон у складних високогустинних пристроях.

Рисунок: Схема Fiber Shuffle

Джерело: Hyoptic, Dolphin Research

(5) Оптичний роз’єм (MPO, Multi-Fiber Push On): використовується для з’єднання між багатоядерними оптичними кабелями.

Рисунок: Схема порту MPO

Джерело: Senko, US Conec, Dolphin Research

Чому в традиційних оптичних модулях рідко використовуються вищезазначені компоненти?

(1) У традиційній схемі оптичне волокно вставляється безпосередньо у стандартний інтерфейс, але в CPO оптичне волокно повинно бути точно зчеплене з хвильоводом на поверхні оптичного чіпа, тому необхідний FAU;

(2) Традиційний підхід передбачає безпосередню модуляцію, що не чутлива до поляризаційного стану світлової хвилі, а раніше волокна з збереженням поляризації (PMF) були надто дорогими, щоб бути придатними для промислового застосування; однак CPO використовує зовнішній лазер для подачі світла, і поляризаційний стан лазера призводить до значних втрат енергії, тому необхідно використовувати PMF;

(3) У традиційній схемі зазвичай є лише два оптичних волокна — для передачі та прийому, не потрібно підключати складну кількість оптичних волокон до задньої панелі, тому достатньо ручного обслуговування, Fiber Shuffle не потрібен, але у CPO Fiber Shuffle обов’язковий;

(4) Аналогічно, традиційні модулі не вимагають багато інтерфейсів, але при CPO, якщо швидкість досягає 400 Гбіт/с і вище, необхідно паралельне передавання 8 або навіть 16 оптичних волокон, тоді як простір на панелі обмежений, тому потрібен багатоядерний роз’єм MPO.

Щодо ринкового простору та інвестиційних можливостей у галузях, пов’язаних із CPO, ми проаналізуємо це в наступній статті.