CPO (کو-پیکیجڈ آپٹیکل) ایک ایسی فوٹونک ٹرانسمیشن ٹیکنالوجی ہے جو آپٹیکل انجن کو چپ کے ساتھ ایک ہی پیکیج سبسٹریٹ پر براہ راست اندراگ کرتی ہے، جس کا استعمال کیبنٹ کے اندر اور کیبنٹ کے درمیان دونوں کنکشنز کے لیے کیا جا سکتا ہے، جس سے روایتی ڈیٹا سنٹر کے سامنے آنے والے بینڈ ویتھ باندل، سگنل اٹینویشن اور ہیٹ مینجمنٹ کے مسائل حل ہوتے ہیں۔ جبکہ AI کی کمپوٹیشنل ڈیمانڈ میں بھاری اضافہ ہوا ہے، روایتی نیٹ ورک انفراسٹرکچر Agentic AI کے دور میں بینڈ ویتھ کی ضروریات کو پورا نہیں کر پا رہا، اس لیے CPO ایک اہم ترقی کا راستہ بن گیا ہے۔ نوویدا، بروکوم جیسے بڑے کمپنیاں CPO سوئچ حل کو فروغ دے رہی ہیں، لیکن اب تک اس کے سامنے اعلیٰ پیکیجنگ ٹیکنالوجی، تھرمل مینجمنٹ، مرمت اور معیاریت جیسے رکاوٹیں موجود ہیں۔ NPO، OIO، CPC، LPO، OCS جیسے دوسرے ٹیکنالوجی راستوں کے مقابلے میں، CPO مستقبل کا ضروری اور نئے دور کا حل ہے، جس کی صنعتی قدر交换 چپ فروشندگان اور اعلیٰ پیکیجنگ فرماوں کی طرف مرکوز ہو جائے گی۔

مضمون کا مصنف، ذریعہ: ڈالفن ریسرچ

2022 کے آخر میں ChatGPT کے ظہور کے بعد، کمپوٹیشنل پاور (GPU)، اسٹوریج پاور (اسٹوریج)، اور کنٹرول اور سکیولنگ پاور (CPU) سمیت، AI نے ایک کے بعد ایک سیمی کنڈکٹر سپر انڈسٹری کے مواقع اور ایک کے بعد ایک ٹریلین ڈالر کی قیمت والی کمپنیاں پیدا کر دیں۔

اگر AI انفراسٹرکچر میں ایک ایسا شعبہ ہے جس میں ابھی تک ایک ٹریلین ڈالر کی قیمت والی "آئیڈیا بمب" کا انتظار ہے، تو ڈالفن جن کے لیے اس وقت سب سے زیادہ دلچسپ ہے وہ AI کے دور کا سپر کنکشن ہے۔ اگر کمپوٹیشن نے AI کے "ذہانت" کا مسئلہ حل کر دیا ہے اور اسٹوریج نے AI کے "یادداشت" کا مسئلہ حل کر دیا ہے، تو ٹرانسپورٹیشن کا کام یہ ہے کہ لمبی اور مختصر مدتی یادداشت کو دماغی مرکز تک راکٹ جیسی رفتار سے لے جایا جائے۔

یا AI پاپ ہوئنگ رینکون کے الفاظ میں، جبکہ کمپوٹیشنل پاور اور میموری کی پابندیاں تدریجاً ختم ہو رہی ہیں، توانائی اب بھی ایک دسویں جماعت کی مستقل چیلنج ہے، اگلی اہم رکاوٹ AI دور کے نیٹ ورک کی ہائی اسپیڈ انٹر کنکشن ہے، کیونکہ روایتی کلاؤڈ دور کی نیٹ ورک انفراسٹرکچر Agentic AI دور میں تریلینوں ماڈل پیرامیٹرز، مکسڈ اسپرٹس (MoE)، اور لوکل ایکٹیویشن کے تحت نیٹ ورک بینڈ ویتھ کی ضروریات کے مطابق نہیں ہے۔

اس مضمون میں، AI نیٹ ورک ٹرانسمیشن کی رفتار کے تحت تدریجی طور پر تبدیل ہونے والی فوٹونک ٹرانسمیشن ٹیکنالوجی — CPO کے ذریعے AI کے دور کی نیٹ ورک ٹرانسمیشن کا جائزہ لیتے ہیں۔ ڈالفن جن کا CPO پر تحقیقی جائزہ درج ذیل ہے:

ایک، CPO کیا ہے، اور کیا یہ روایتی تانبا کنکشن کی جگہ لے سکتا ہے؟

دو، کیا یہ موجودہ مقبول پلگ ان اپٹیکل مارڈیولز کو مکمل طور پر متبادل بن سکتا ہے؟

تیسری بات یہ ہے کہ اس رجحان کے تحت صنعت کے اوپر اور نیچے کے کمپنیوں کے درمیان مقابلہ کیسے تبدیل ہوگا؟

اس مضمون میں، ہم سب سے پہلے صنعتی زنجیر کے بنیادی مسائل کا جائزہ لیتے ہیں۔

ذیلی تجزیہ ہے

01 CPO کیا ہے؟

سنتی دیٹا سینٹر ڈیزائن میں، ایک اہم کمپوننٹ "آپٹیکل مڈیول" ہے، جو روشنی کے سگنلز کو الیکٹرک سگنلز میں تبدیل کرکے ڈیٹا سینٹر تک پہنچاتا ہے، یا ڈیٹا سینٹر میں پیدا ہونے والے الیکٹرک سگنلز کو روشنی کے سگنلز میں تبدیل کرکے فائبر آپٹکس تک پہنچاتا ہے، جس سے ڈیٹا ٹرانسمیشن میں "پُل" اور "ترجمہ" کا کردار ادا ہوتا ہے۔

عملی طور پر، CPO (یعنی کو-پیکیجڈ آپٹیکل) آرکیٹیکچر میں روایتی آپٹیکل مڈیول کے فنکشنز شامل ہیں، لیکن درج ذیل دو واضح فرق ہیں:

1، ساخت مختلف ہے

روایتی آپٹیکل موڈیولز قابل تبدیل ہوتے ہیں اور ان کا ظاہری شکل گھر کے نیٹ ورک کیبل کے کنکٹر جیسا دکھائی دیتا ہے، لیکن CPO بالکل الگ ہے، یہ الیکٹرو آپٹیکل تبدیلی کے لیے ذمہ دار آپٹیکل انجن اور چپ (یہاں بنیادی طور پر سوئچ کا ASIC چپ) کو ایک ہی پیکیج سب اسٹریٹ یا انٹرمیڈیٹ لیئر پر براہ راست ادماج کرتا ہے۔

2، مختلف اطلاقی مناظر

اُلٹرا فاسٹ آپٹیکل میڈیولز عام طور پر کیبینٹ کے درمیان (یعنی Scale-out) میں استعمال ہوتے ہیں؛ جبکہ CPO کو کیبینٹ کے درمیان اور کیبینٹ کے اندر (Scale-up) دونوں جگہ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کیبینٹ کے درمیان استعمال ہونے پر یہ روایتی آپٹیکل میڈیولز کو بدل دیتا ہے، اور کیبینٹ کے اندر استعمال ہونے پر یہ موجودہ مقبول تانبا کنکشنز کو بدل دیتا ہے۔

تصویر: روایتی قابل گھونسنا ماڈل اور CPO منصوبے کا خاکہ

ذریعہ: GTC 2025، Dolphin Research

ہم دیکھ سکتے ہیں کہ حالیہ وقت میں نیوڈیا اور بروکاڈ دونوں اپنے CPO سوئچنگ حلز کو فروغ دے رہے ہیں۔

تو CPO ٹیکنالوجی کو اتنی اہمیت کیوں دی جا رہی ہے؟ کیونکہ ڈیٹا سینٹر کی کمپوٹیشنل طاقت کی مانگ مستقل طور پر بڑھ رہی ہے، ڈیٹا سینٹر کی ڈیٹا ٹرانسمیشن کے لیے بینڈ ویتھ کی مانگ بھی اچانک طور پر بڑھ رہی ہے، اور ڈیٹا سینٹر بڑے پیمانے پر کمپوٹیشنل کلسٹرز کی طرف جا رہے ہیں، تو اس عمل کے دوران قدیم روایتی ڈیٹا ٹرانسمیشن ٹیکنالوجیاں کئی رکاوٹوں کا باعث بن رہی ہیں:

1، بینڈ ویتھ بٹل نیک

کابین کے درمیان کے منظر کے لیے، روایتی سوئچ پینل کی جگہ محدود ہونے کی وجہ سے اور روایتی قابل تبدیل آپٹیکل ماڈیولز کا سائز کم نہیں کیا جا سکا، جس کی وجہ سے ایک سوئچ فراہم کر سکتا ہے وہ پورٹس محدود ہیں، اور یہ تدریجی طور پر بڑھتی ہوئی بینڈ ویتھ کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا۔

موجودہ قابل تبدیل ماڈیولز 1.6 Tbps فی ماڈیول بینڈ ویتھ تک سپورٹ کرتے ہیں، ایک ایکل سوئچ پینل زیادہ سے زیادہ 51.2 Tbps بینڈ ویتھ تک سپورٹ کرتا ہے، مستقبل میں 3.2 Tbps ماڈیولز کا اطلاق ممکن ہے، جس سے سوئچ کی زیادہ سے زیادہ سپورٹ 102.4 Tbps تک ہو سکتی ہے، جو تقریباً قابل تبدیل آپٹیکل ماڈیولز کی حد تک پہنچ چکا ہے۔

2. سگنل انٹیگرٹی بٹل نیک

کیبنٹ کے اندر کے منظر میں، جب ٹرانسمیشن ریٹ بڑھتی ہے، تو اگر روایتی تانبا کے تار استعمال کیے جائیں، تو لمبی فاصلے پر ٹرانسمیشن کے دوران بجلی کے سگنل کو شدید ضائع ہونے اور خراب ہونے کا سامنا ہوگا، اور ٹرانسمیشن کا فاصلہ بھی محدود ہوتا جائے گا۔

اپنی موجودہ حالت میں تانبا کے تار 1.8 ٹی بی/سی کی بینڈ ویتھ تک سپورٹ کرتے ہیں (جیسے نوڈیا کے NVLink تانبا کے تار)، لیکن فاصلہ صرف 2 میٹر تک محدود ہے، جبکہ ایک گیم پیو کی بینڈ ویتھ کی ضرورت 3.6 ٹی بی/سی کی طرف بڑھ رہی ہے۔

3. گرمی کا اخراج اور طاقت کا بند راستہ

جب ٹرانسمیشن ریٹ بڑھتی ہے، تو روایتی مواصلاتی لینکس کی بجلی کی خرچ بڑھ جاتی ہے اور گرمی کا اخراج بھی مشکل ہو جاتا ہے۔ ہم جانتے ہیں کہ امریکہ میں ڈیٹا سینٹر کی تعمیر کو بڑے پیمانے پر توانائی کی رکاوٹوں کا سامنا ہے، اس لیے بجلی کی خرچ مسئلہ واضح طور پر لاگت کا دباؤ پیدا کرے گا۔

CPO نظری طور پر اوپر کے کچھ مسائل کو بہتر طریقے سے حل کر سکتا ہے، نیوڈیا کے مطابق، CPO کے استعمال سے طاقت کی کارکردگی 3.5 گنا بڑھ سکتی ہے۔

02 خاص طور پر، ڈیٹا سینٹر کے ڈیٹا ٹرانسمیشن کے سیناریوز کیا ہیں؟

یہاں ہم ڈیٹا سینٹر کی مختلف سیناریوز اور مختلف مراحل میں ڈیٹا ٹرانسمیشن ٹیکنالوجی کے راستوں کو الگ الگ کرتے ہیں:

تصویر: اسکیل آؤٹ اور اسکیل اپ کے مثالیں

ذرائع: NADDOD، Dolphin Research

1. اسکیل اپ، جس میں головہ کے اندر کنکشن شامل ہیں

یہ خاص طور پر کیبینٹ کے اندر، خصوصاً سرورز کے اندر، سخت اضافات کے درمیان جڑنے کو شامل کرتا ہے، جس میں CPU، GPU، نیٹ ورک کارڈ، DDR میموری اور ہارڈ ڈرائیوز کے درمیان جڑنے شامل ہیں۔

اس ابتدائی حصے کے لیے بنیادی کنکشن میڈیم تانبا ہے، جس میں CPU، GPU اور نیٹ ورک کارڈ کو جوڑنے والے PCIe سوکٹس اور میموری سوکٹس (PCB تانبے کے ٹریس)، SATA کیبلز اور دیگر تانبے کے کیبلز شامل ہیں۔ جبکہ CPO موجودہ مقبول حل کو الٹ سکتا ہے۔

2، اسکیل آؤٹ، جس میں головوں کے درمیان کنکشن شامل ہے

یہ بنیادی طور پر کیبینٹس یا سرورز اور سوئچز کے درمیان کنکشن سے متعلق ہے۔

اس حصے کے لیے روشنی کو جڑنے کے لیے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جانا ضروری ہے، جس کے موجودہ اہم حل فائبر آپٹیکس اور قابل تبدیل آپٹیکل میڈیول ہیں۔ اسی طرح، CPO ایک اہم ترقیاتی رجحان ہے اور یہ کیبنٹ کے اندر کے مناظر کے مقابلے میں زیادہ تیزی سے آگے بڑھ رہا ہے۔

3۔ مزید تفصیل کے طور پر، ڈیٹا سینٹرز کے درمیان اور ڈیٹا سینٹرز اور باہر کے درمیان کنکشن بھی شامل ہیں، جو اس مضمون کا مرکزی موضوع نہیں ہیں۔

ٹھوس ترتیبات کے مطابق، ابھی CPO کا مرکزی اطلاق کابینوں کے درمیان ہے، لیکن مستقبل میں یہ کابینوں کے اندر کے اطلاق کی طرف بڑھ سکتا ہے۔

03 CPO ابھی اپنے ابتدائی فروغ کے مراحل میں ہے، اس کا بنیادی رکاوٹ کیا ہے؟

1. ایڈوانسڈ پیکیج ٹیکنالوجی کی بالغ ہونا

بنیادی ٹیکنالوجی کے لحاظ سے، CPO پارامیٹرک آپٹیکل مڈیول جیسی روایتی حل سے بالکل مختلف ہے۔ روایتی آپٹو الیکٹرانک اجزاء کی پیداواری ٹیکنالوجی عام آپٹو الیکٹرانک اجزاء اور مڈیولز سے زیادہ فرق نہیں رکھتی، لیکن CPO کو بنیاد یا انٹرمیڈیٹ لیئر پر آپٹیکل انجن کو پیکج کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے لیے اس کا بنیادی طور پر CoWoS جیسی جدید پیکج ٹیکنالوجی پر انحصار ہوتا ہے۔

اسی دوران، CPO عام طور پر سمجھے جانے والے ایڈوانسڈ پیکیج کے مقابلے میں مختلف ہے کیونکہ یہ صرف الیکٹرانک انٹیگریٹڈ سرکٹس کو اکٹھا نہیں کرتا، بلکہ فوٹونک انٹیگریٹڈ سرکٹس کو بھی اکٹھا کرتا ہے، اور اس ہیٹرو جینس انٹیگریشن کے لیے TSMC COUPE ٹیکنالوجی جیسے مکسڈ بانڈنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔

مسئلہ یہ ہے کہ ایک طرف، بالا ذکر کیے گئے ایڈوانسڈ پیکیجنگ ٹیکنالوجیز کی تیاری بہت مشکل ہے، چاہے نوڈیا ہو یا بروکام، دونوں کو ٹی ایس ای کی پیداوار پر انحصار ہے، لیکن پیداوار محدود ہے، اس کے علاوہ، درکار فوٹو کوپلرز اور آلات، مکسچر بانڈنگ آلات، ٹیسٹنگ آلات، اور ABF سبسٹریٹ جیسے مواد کی فراہمی میں بھی رکاوٹیں ہو سکتی ہیں؛

اور اس مرحلے میں، بالخصوص ہیٹروجینک انٹیگریشن جیسی جدید پیکیجنگ ٹیکنالوجیز کی پیداواری کارائی میں اب بھی بہت بڑا بہتری کا شعور ہے، جس کی وجہ سے لاگت پلگ ان حل سے کہیں زیادہ ہے۔ فی الحال، TSMC جدید پیکیجنگ کی کارائی بڑھانے کے لیے کوشش کر رہا ہے، لیکن اس کے لیے اب بھی کچھ وقت درکار ہے۔

2. مرمت اور صحت کے مسائل

روایتی قابل گھسٹنے والے حل کے لیے، چونکہ وہ "قابل گھسٹنے والے" ہیں، اس لیے ان کی مرمت اور نگہداشت آسان ہے۔ لیکن CPO بالکل الگ ہے، اس کا فوٹونک اور الیکٹرک ماڈیول بیس بورڈ، انٹرمیڈیٹ لیئر اور حتیٰ کہ چپ کے ساتھ براہ راست پیکج ہوتا ہے، جس کی وجہ سے مرمت اور نگہداشت کی دشواری روایتی حل کے مقابلے میں کافی زیادہ ہو جاتی ہے۔

لیکن ان مسائل کو بھی حل کیا جا سکتا ہے، جیسے ڈیزائن میں کچھ خطا برداشت کرنے کی صلاحیت بڑھانا، یا آپریشنل سطح پر کچھ زائد تعداد کا انتظام کرنا وغیرہ۔

3، گرمی کا انتظام

لائٹ انجن اور چپ کو اعلی ڈینسٹی پیکیج کیا جاتا ہے، جس سے عمل کے دوران مقامی حرارت میں واضح اضافہ ہوتا ہے، اور کبھی کبھی لیزر کی برداشت کی حد سے زیادہ ہو جاتا ہے، اس لیے تھرمل مینجمنٹ بھی ایک بڑی پریشانی ہے۔ ان مسائل کو حل کرنے کے لیے زیادہ موثر ہیٹ سکیپنگ حل درکار ہوتے ہیں، لیکن اس سے بھی لاگت میں اضافہ ہوتا ہے۔

4. معیاری سے متعلق مسائل

ابھی نوویدیا، بروکوم جیسی کمپنیاں مارکیٹ کے فائدے کے لیے اپنے مکمل اور الگ CPO سوچٹ کے حل متعارف کر رہی ہیں۔ لیکن اسی دوران، صنعتی معیارات (انٹرفیس معیارات، پیکیجنگ معیارات وغیرہ) ابھی تک قائم نہیں ہوئے، جس کی وجہ سے اپسٹریم اور ڈاؤن سٹریم ایک یکساں معیار کے بنیاد پر ترقی، پیداوار اور ترتیب نہیں کر سکتے، جو کہ تجارتی طور پر فروغ کا اہم دشواری ہے۔

بذریعہ، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ اوپر کے مسائل کے لیے تمام حل موجود ہیں، لیکن ان کے لیے ٹیکنالوجی کی بالغت، معیارات کی تعریف وغیرہ پر انحصار کرنا ہوگا، جس کے لیے وقت درکار ہے۔

دوسری طرف، بنیادی طور پر، CPO ٹیکنالوجی کو مجموعی لاگت پر فائدہ حاصل کرنا ہوگا۔

اس طرح ایک سوال پیدا ہوتا ہے: کسی بھی منصوبے کے لیے، لاگت ہمیشہ اہم ترین عامل ہے، لیکن CPO کے علاوہ دیگر زیادہ جدید یا زیادہ محتاط راستے بھی آگے بڑھ رہے ہیں، ان کے درمیان کیا تعلق ہے؟ یہاں ہم مختلف ٹیکنالوجی کے راستوں کے فرق کو واضح کرتے ہیں۔

04 ٹیکنیکل راستوں کا موازنہ

1、CPO

ہم بات کر رہے ہیں CPO، یعنی کو-پیکیجڈ آپٹکس (Co-Packaged Optics) کی، جیسا کہ اوپر بیان کیا گیا ہے، جس میں آپٹیکل انجن اور چپ کو ایک ہی بیس پلیٹ پر پیک کیا جاتا ہے، جہاں چپ یا تو سوئچ چپ (ASIC) ہو سکتی ہے، یا GPU جیسی کمپوٹنگ چپ، لیکن عام طور پر اس کا مطلب سوئچ چپ ہوتا ہے۔

2、NPO

NPO نیئر-پیکیجڈ آپٹیکس (Near-Packaged Optics) ہے، جو CPO سے کم ترقی یافتہ ہے اور ابھی تک ایک ہی بیس بورڈ یا انٹرمیڈیٹ لیئر پر پیکیج کرنے کے سطح تک نہیں پہنچا، بلکہ صرف ایک ہی PCB مادر بورڈ پر پیکیج کیا گیا ہے۔

چین میں علی بابا، ہواوی سمیت کئی کمپنیاں NPO حل کو فروغ دے رہی ہیں، جو زیادہ تر اعلیٰ پیکیجگ کی صلاحیت کی کمی کے تحت ایک مساوی حل کے طور پر دیکھی جا سکتی ہے، لیکن یہ کچھ عرصے تک چینی مارکیٹ کا مقبول ترین حل بن سکتا ہے، جو نیوڈیا کے حل کے چین میں نفوذ کو کچھ حد تک متاثر کرے گا۔

تصویر: مختلف اندماج کے طریقے کی نمائش: (اوپر سے نیچے تک: قابل تبدیل طریقہ، NPO، CPO (پیکیج بورڈ پر اندماج)، CPO (میڈیئم لیئر پر اندماج)، اور نیچے بیان کیا جانے والا OIO)

ذرائع: ASE، Dolphin Research

3، OIO

OIO (Optical I/O) کو CPO کا اگلا مرحلہ سمجھا جا سکتا ہے، جہاں سوئچنگ چپ کا کوئی کردار نہیں ہوتا، بلکہ یہ صرف کمپیوٹنگ چپ سے متعلق ہے، جس میں آپٹیکل انجن کو کمپیوٹنگ چپ کے ساتھ پیکج کیا جاتا ہے، یا حتیٰ کہ چپ کے سطح پر براہ راست جوڑا جاتا ہے، اور یہ بالکل کیبنٹ کے اندر کے منظر کے لیے ہے۔

تصویر: مختلف اینٹیگریشن طریقوں کا عرض: قابلِ تبدیل، CPO، OIO

ذرائع: TSMC، Openlight، Dolphin Research

اس بات کو مدنظر رکھتے ہوئے، آئیے ڈیٹا سینٹر کی ساخت کو واضح کرتے ہیں:

ڈیٹا سینٹر، کئی حصوں کو آپس میں جوڑ کر دیکھا جا سکتا ہے:

سرورز حسابی کاموں پر مرکوز ہوتے ہیں، جن میں GPU، CPU جیسے حسابی چپس، میموری، ہارڈ ڈرائیو وغیرہ شامل ہوتے ہیں؛

سواچ سرورز کے درمیان اور سرورز سے باہر کے نیٹ ورک کے مواصلات کا انتظام کرتا ہے، ASIC چپ کے ذریعے ڈیٹا کا تبادلہ کرتا ہے؛

اس کے علاوہ ایک اسٹوریج سسٹم بھی ہے، جس میں موجودہ مین اسٹریم ڈیٹا سنٹر آرکیٹیکچر میں اسٹوریج کو بنیادی طور پر سرور نوڈس پر تقسیم کیا جاتا ہے اور سرور کے اندر رکھا جاتا ہے، جو سرور کے ساتھ جڑا ہوتا ہے۔

اوپر کے ڈیزائن کے مطابق، ہم CPO کے استعمال کے مناظر کا تخیل کر سکتے ہیں۔ اس بنیاد پر، ہم بحث کرتے ہیں کہ CPO کیوں پہلے سوئچ چپ سے شروع ہوا؟

یہاں ہم سوئچ کے کردار کا تشبیہی تصور دیتے ہیں — سوئچ کو ڈیٹا سینٹر کے اندر ایک اوورپاس کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے، اس لیے تصور کیا جا سکتا ہے کہ سوئچ کو انتقالی بینڈ ویتھ، پورٹ ڈینسٹی اور اس کے ساتھ جڑے بجلی کے بندبند کے دباؤ کا سامنا کرنا پڑتا ہے، جس کی وجہ سے CPO کی ضرورت زیادہ فوری ہوتی ہے۔

4، CPC

CPC، جو کو-پیکیجڈ کاپر انٹرکنیکشن کے لیے ہے، اس کا مطلب ہے کہ ہائی اسپیڈ کاپر کنیکٹرز کو ب без پیکیج بورڈ پر براہ راست ادھار دیا جاتا ہے۔

اس ٹیکنالوجی کے راستے کا لاگت فائدہ بہت واضح ہے، لیکن تانبا کے میڈیم کی بینڈ ویتھ باندھ اور کمزوری کا مسئلہ ابھی تک حل نہیں ہوا ہے، اس لیے اس کے استعمال کے منظر نامہ محدود ہیں، جو صرف کابین کے اندر GPU/CPU نوڈس، سوئچ اور اسٹوریج چپس کے درمیان کنکشن میں جزوی طور پر استعمال ہو سکتے ہیں۔ فی الحال نوڈیا کابین اندر کے حل تانبا کنکشن استعمال کرتے ہیں، لیکن مستقبل میں وہ روشنی کے انٹرکنکشن کی طرف منتقل ہو سکتے ہیں۔

5. LPO

LPO، جو لینیئر ڈرائیو پلگ ایبل آپٹیکس کے لیے ہے، ایک سکیمڈ ورژن کی پلگ ایبل آپٹیکس ہے جس میں اندر کے DSP/CDR چپ کو ختم کر دیا جاتا ہے، صرف اینالاگ چپ ڈرائیور اور TIA کو برقرار رکھا جاتا ہے (ہم ان اجزاء کے کام کے بارے میں بعد میں بات کریں گے)، جس سے سگنل کو ب без تبدیلی سے ڈرائیو کیا جاتا ہے۔

بس اس کا مطلب یہ ہے کہ آپ لائٹ ماریول میں بجلی زیادہ کھانے والے DSP چپ کو حذف کر دیں اور سگنل کریکشن کو چھوڑ دیں؛ اس کے ساتھ ساتھ اینالاگ چپ کو مضبوط بنائیں، چاہے سگنل درست ہو یا نہ ہو، اینالاگ طریقے سے تقویت دے کر براہ راست سوئچ ASIC کے الیکٹریکل سگنل کو لیزر ڈرائیور کی طرف بھیج دیں۔

تصویر: روایتی ماڈل اور LPO سٹرکچر کا موازنہ

ذرائع: برون مائیر، سیمی کنڈکٹر انجینئرنگ، ڈالفن ریسرچ

لیکن یہاں بھی ایک مسئلہ ہے، کیونکہ PCB ٹریس کو مختصر نہیں کیا گیا ہے (جس سے سگنل کمزوری ہوتی ہے)، اور سگنل کی معیار کی درخواست زیادہ ہے، اس لیے لمبی فاصلے پر ٹرانسمیشن محدود رہتی ہے، اور جب ریٹ 1.6T سے زیادہ کی طرف بڑھتی ہے تو سگنل انٹگرٹی کے مسائل خاص طور پر نمایاں ہوتے ہیں۔ یعنی، سٹرکچر کو سادہ بنانے کے ساتھ ساتھ پرفارمنس میں بھی قربانی دینی پڑتی ہے۔

اس لیے، جبکہ NPO، CPC، LPO جیسے مساوی حل موجود ہیں، لیکن جیسے ہی ڈیٹا سینٹر مزید تیز رفتار اور بڑے کلسٹرز کی طرف بڑھ رہے ہیں، ان مساوی حل کا مقابلہ ناکام ہو جائے گا، اور CPO مستقبل کا ضروری اور نئی نسل کا حل ہے۔

6، آپٹیکل سوئچنگ (OCS) کیا ہے، اور کیا یہ CPO کی حیثیت کو خطرے میں ڈالے گا؟

اس بات کو لے کر، OCS (Optical Circuit Switch) کا ذکر ناگزیر ہے۔ OCS کے اس سوئچ کی بنیادی خصوصیت یہ ہے کہ اس میں پورے عمل کے دوران الیکٹرو-آپٹیکل تبدیلی نہیں ہوتی، بلکہ اس میں آپٹیکل سوئچ میٹرکس کے ذریعے فزیکل آپٹیکل راستہ براہ راست آپٹیکل ڈومین میں قائم کیا جاتا ہے۔

تصویر: OCS کا سکیما

ذرائع: Orbray، Dolphin Research

اسے ایک سلسلہ آئینوں (مائیکرو میئر ارے) کے طور پر تصور کیا جا سکتا ہے جو حکم کے مطابق آئینوں کے زاویے کو ترتیب دے کر روشنی کو مختلف زاویوں پر منعکس کرتے ہیں۔

ظاہری طور پر، OCS براہ راست آپٹیکل سگنل کو فوروارڈ کرتا ہے اور روایتی سوئچ کے آپٹیکل-الیکٹرک اور الیکٹرک-آپٹیکل تبدیلی کے عمل کو مکمل طور پر ختم کر دیتا ہے، جس سے لگتا ہے کہ اس ٹیکنالوجی کے استعمال سے CPO کی ضرورت نہیں پڑتی (کم از کم سوئچ کے مرحلے میں CPO کی)۔ لیکن اصل میں یہ ایسا نہیں ہے۔

یہاں ہم مرکزی ڈیٹا سینٹر میں سوئچ کی ساخت کو سمجھتے ہیں:

(1) مین بورڈ پر: سب سے پہلے، ہم جانتے ہیں کہ ڈیٹا سنٹر میں سب سے اہم کمپوٹیشن GPU کے ذریعے کی جاتی ہے، GPU کے کمپوٹیشن کے بعد، ڈیٹا کو CPU کو منتقل کیا جاتا ہے، جو اسے پروسیس کر کے نیٹ ورک کارڈ (جس میں ASIC شامل ہے) کو منتقل کرتا ہے، یا پھر GPU براہ راست نیٹ ورک کارڈ کو ڈیٹا بھیج سکتا ہے۔

تو بالا کے مراحل کو ایک مادر بورڈ پر یا کم از کم ایک سرور میں حاصل کیا جا سکتا ہے۔

(2) ریک کے اندر: اس کے بعد، ڈیٹا سرور سے ریک کے سوئچ پر منتقل ہوتا ہے۔ ایک ریک میں کئی سرورز تیزی سے آپس میں جڑے ہو سکتے ہیں، لیکن ریک کے اوپر ایک سوئچ ضرور ہونا چاہیے جو باہری دنیا کے ساتھ رابطہ قائم کرے اور ریک کے اندر اور باہر کے ڈیٹا کا تبادلہ کرے۔ یہ سوئچ ToR (Top of Rack) سوئچ کہلاتا ہے۔

اور بالا کے مراحل ایک ہی کیبین میں حاصل کیے گئے ہیں۔

(3) کیبین کے درمیان: ڈیٹا سینٹر متعدد کیبینز سے مل کر بنا ہے، کیبینز کے درمیان مواصلات کیسے منظم کی جاتی ہیں؟ اس کے لیے Spine سوئچ کا کردار ضروری ہے۔ Spine سوئچ تمام Leaf سوئچز کے درمیان اور ڈیٹا سینٹر کے باہر تک کنکشنز کا انتظام کرتا ہے، یہ ڈیٹا سینٹر کے اندر پورے سوئچنگ نیٹ ورک کا مرکز ہے۔

تصویر: ڈیٹا سینٹر میں، اسپائن سوئچ اور لیف سوئچ کا اسکیما

ذرائع: برون مائیر، سیمی کنڈکٹر انجینئرنگ، ڈالفن ریسرچ

اور OCS کا بنیادی طور پر استعمال Spine سوئچ کے متبادل کے طور پر ہوتا ہے۔

سب سے پہلے، اسپائن سوئچز کی قیمتیں زیادہ ہیں اور ان کی بجلی کی استعمال کی شرح بھی زیادہ ہے، اس لیے ان کے متبادل کی ضرورت سب سے زیادہ ہے۔

دوسرے، OCS کا کردار محدود ہے، یہ صرف سگنلز (روشنی کو منعکس کرنا) کو فوروارڈ کر سکتا ہے، جیسے کہ ایک آئینہ۔ لیکن روایتی سوئچز زیادہ مکمل فنکشنل ہوتے ہیں، انہیں ڈیٹا پیکٹس کو ڈیکوڈ کرنا، IP ایڈریس دیکھنا، اور پھر فیصلہ کرنا پڑتا ہے کہ اسے کہاں بھیجا جائے۔ مثال کے طور پر، چونکہ OCS صرف حکم نفاذ کر سکتا ہے اور اس میں فیصلہ سازی کی صلاحیت نہیں ہوتی، اس لیے اس صورت میں اسے صرف Spine سوئچ کے طور پر استعمال کرنا ممکن ہے، لیکن اگر آپ Leaf سوئچ کو بھی مکمل طور پر تبدیل کرنا چاہتے ہیں، تو "پیکٹ پروسیسنگ" فنکشن کو انجام دینے کے لیے دیگر اجزاء جیسے اسمارٹ نیٹ ورک کارڈ (SmartNIC) شامل کرنے کی ضرورت ہوگی، جس سے یہ آرکٹیکچر زیادہ پیچیدہ ہو جاتا ہے، اور یہ ضرور بہترین حل نہیں ہو سکتا۔

اس طرح دیکھنے پر، ڈھانچہ بہت واضح ہو جاتا ہے:

ہالی کے مراحل میں، نوڈیا کی طرف سے متعارف کرائے گئے Quantum X800-Q3450 اور بروکوم کی طرف سے متعارف کرائے گئے Tomahawk 6 - Davisson جیسے CPO راستے کے سوئچز، تمام Spine سوئچز ہیں، جبکہ گوگل کی طرف سے OCS سوئچز کو متعارف کرایا جا رہا ہے جو روایتی Spine سوئچز کو بدل رہے ہیں، اور دونوں کے درمیان حقیقی مقابلہ موجود ہے۔

لیکن آخرکار، جبکہ OCS کے پاس Spine سوئچ کو متبادل بننے کا موقع ہے، لیکن اس کے بعد، زیادہ استعمال والے Leaf سوئچز پر اپٹیکل انجن اور ASIC چپ کے درمیان الیکٹرو-آپٹیکل تبدیلی، سرور کے اندر مادری بورڈ اور مادری بورڈ کے درمیان کنکشن (نیٹ ورک کارڈ ASIC یا NVSwitch کے ذریعے)، اور مادری بورڈ پر کمپوٹیشن چپ اور کمپوٹیشن چپ کے درمیان اور کمپوٹیشن چپ اور نیٹ ورک کارڈ ASIC کے درمیان کنکشن، ابھی بھی CPO کا استعمال ضروری ہے۔ اس لیے مستقبل میں دونوں زیادہ تر ایک دوسرے کے مکمل کرنے والے تعلق رکھیں گے۔

05 متعلقہ صنعتی زنجیر کے اجزاء کون سے ہیں؟

(1) سب سے پہلے، ہم CPO کے اصول اور ڈھانچے کو سمجھتے ہیں

CPO کو لائٹ انجن کا اپگریڈڈ ورژن سمجھا جا سکتا ہے، جبکہ لائٹ انجن کا کام فوٹو الیکٹرک تبدیلی کرنا ہے، جس میں درج ذیل اجزاء شامل ہیں:

1. فوٹونک سرکٹ کا حصہ

(1) ماڈولیٹر: برقی سگنل (0/1 ڈیجیٹل) کو روشنی کی شدت اور سگنل کو کنٹرول کرکے روشنی کے سگنل میں تبدیل کرتا ہے۔

(2) ڈیٹیکٹر: PD (فوتودائوڈ، فوٹو الیکٹرک ڈائوڈ) ہے، جو روشنی کے سگنل کو الیکٹرک سگنل میں تبدیل کرتا ہے۔

(3) ویوگائیڈ: اسے چپ کے اندر پرنٹ کیا گیا مائیکرو فائبر آپٹکس سمجھا جا سکتا ہے۔

2، الیکٹرانک سرکٹ کا حصہ

(1) ڈرائیور: سوئچ یا سرور سے آنے والے کمزور الیکٹرک سگنل کو لیزر کے ایمیشن کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کے لیے طاقتور الیکٹرک سگنل میں تبدیل کرتا ہے، اس لیے ڈرائیور کا اگلا مرحلہ مڈیولیٹر ہوتا ہے۔

(2) TIA (ٹرانسایمپیڈنس ایمپلیفائر): PD سے پیدا ہونے والے بہت کم ضعیف الیکٹرک سگنل کو بڑھا کر اگلے سرکٹ کے لیے قابل استعمال وولٹیج سگنل میں تبدیل کرتا ہے، اس لیے TIA PD کا اگلا مرحلہ ہے۔

3، روشنی کا ذریعہ، جسے لیزر کہتے ہیں

مڈیولیٹر خود روشنی نہیں ڈالتا، لیکن وہ روشنی کو کنٹرول کر سکتا ہے، اس لیے اس کے ساتھ ایک روشنی پیدا کرنے والا اجزاء درکار ہوتا ہے، جسے لیزر کہتے ہیں۔

ڈیٹا: لائٹ انجن کی ساخت کا اسکیما

ذرائع: زونگ زیگو اور دیگر، "400G FR4 سلیکون فوٹونکس ٹرانسیور ماڈیول کا مطالعہ"، ڈالفین ریسرچ

دو اور اجزاء ہیں:

4، DSP اور CDR دونوں ٹیلیکام سگنلز کو درست کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ ایک الیکٹریکل سگنل کے فزیکل نقص کو کمپنسیٹ کرتا ہے، دوسرا نقصان پایا ہوا سگنل سے درست کلاک نکالتا ہے اور ڈیٹا ٹائمنگ کو دوبارہ ترتیب دیتا ہے، جہاں DSP چپ عام طور پر CDR فنکشن کو اندراگٹ کرتی ہے۔

CPO کا LPO کے ساتھ ایک مشترکہ پہلو یہ ہے کہ دونوں اعلیٰ طاقت کھانے والے، اعلیٰ لاگت والے اور تاخیر والے DSP کو آپٹیکل انجن سے الگ کرتے ہیں۔ لیکن CPO سکیم میں، DSP کے کچھ فنکشنز سوئچنگ ASIC میں اندراج کر دیے جاتے ہیں، جبکہ LPO میں ہارڈ ویئر کو تقویت دینے کے لیے اینالاگ چپ استعمال ہوتی ہے۔ علاوہ ازیں، CPO میں CDR کو ہائی اسپیڈ SerDes میں اندراج کیا جاتا ہے۔

اور ہائی اسپیڈ SerDes کیا ہے؟ ہائی اسپیڈ SerDes میں Ser ڈیٹا سیریلائز کرنا اور Des ڈیٹا ڈی سیریلائز کرنا شامل ہے، جو ASIC چپ کے اندر واقع ہوتے ہیں اور چپ کے اندر پیرلل ڈیٹا کو ہائی اسپیڈ سیریل ڈیٹا اسٹریم میں پیک کرنے یا ہائی اسپیڈ سیریل ڈیٹا اسٹریم کو متعدد لو سپیڈ پیرلل ڈیٹا میں ڈی پیک اور واپس کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

(دو) اب پوری CPO سپلائی چین میں شامل تمام مراحل دیکھیں:

1، سب سے پہلے CPO کا مجموعی حصہ

CPO میں آپٹیکل انجن میں اوپر ذکر کیے گئے فوٹونک سرکٹ اور الیکٹرانک سرکٹ شامل ہوتے ہیں، اور آپٹیکل انجن ASIC چپ کے ساتھ مل کر CPO سوئچ کا مرکزی حصہ بناتا ہے۔ اس سے پہلے کہ ہم آگے بڑھیں، ایک بنیادی سوال یہ ہے کہ CPO کون بنائے گا؟

سنتی لائٹ میڈول، جو آپٹیکل کمپوننٹس، الگ الگ ڈیوائسز وغیرہ سے مل کر بنا ہے، اسے ماہر پیداوار کنندگان مکمل طور پر فراہم کر سکتے ہیں، جیسے کہ ہم جانے والے Zhongji Xuchuang، Xinyisheng، Coherent، تو CPO کیا ہے؟ واضح طور پر ان کی طرف سے اس کی قیادت ممکن نہیں ہے۔

ہم یہ سوچتے ہیں کہ CPO کے تحت صنعتی قیمت کا رجحان ایسا ہوگا:

(1) مرکزی ٹیکنالوجی کے مالک ایکسچینج فرنچائزز اور پلیٹ فارم فراہم کنندگان: ڈیٹا سینٹر سسٹم پلیٹ فارم اور سوئچ چپ فراہم کنندگان جیسے NVIDIA/Google/Broadcom/Marvell کو ارکٹیکچر اور معیارات تعریف کرنے اور مکمل پروڈکٹس فروخت کرنے کے لیے استعمال کریں؛

(2) فیب کارخانے: ٹی وی ایس، ریویو، ایمکور جیسے فیب کارخانے یا فیکٹریز کے ذریعے ویفر تیاری، فوٹونک انٹیگریشن، اور ایڈوانسڈ پیکیجنگ کے لیے کنٹریکٹ مینوفیکچرنگ کی جاتی ہے؛

(3) اپسٹریم فراہم کنندگان: کوہرینٹ/لومنٹم جیسے ڈیوائس فیکٹریاں فوٹونک ڈیوائسز کی پیداوار اور فراہمی جاری رکھتی ہیں۔

(4) روایتی آپٹیکل میڈیول فرماز: مڈل اسٹیج کے طور پر NPO، LPO اور قابلِ مرمت کے اعتبار سے متوسط CPO ڈیزائن کے تحت، زیادہ تر آپٹیکل انجن ماڈیول فراہم کرتے رہیں گے۔

2۔ CPO کے مرکزی لائٹ انجن کے علاوہ، کچھ اور کمپوننٹس پر توجہ دی جانی چاہیے

(1) لیزر

CPO صرف فوٹو الیکٹرک تبدیلی کے اجزاء کو اندرونی طور پر ایکٹ کر سکتا ہے، جبکہ لیزر کو براہ راست اندرونی طور پر ایکٹ کرنا اب بھی مشکل ہے، اس لیے اب بھی باہری لیزر کی ضرورت ہے۔ اس کے علاوہ، CPO کے لیے لیزر کی طاقت کی درخواست میں کافی اضافہ ہوا ہے (کم از کم 3-4 گنا)، جس کے ساتھ ساتھ اس کی کارکردگی اور قابلیت کی درخواست بھی کافی طور پر بڑھ گئی ہے، اس لیے اس کی قیمت بھی کافی طور پر بڑھ جائے گی۔

لیکن، یہاں ٹیکنالوجی کے راستے کا انتخاب موجود ہے:

1) EML لیزر: روایتی راستہ، جس میں لیزر اور مڈیولیٹر ایک ساتھ ادھار کیے جاتے ہیں، اس کا فائدہ 200G سے زیادہ بینڈ ویتھ اور لمبی فاصلہ کے مواصلات کے لیے مناسب ہے۔ اس راستے کو Lumentum، II-VI (Coherent)، سوموتو جیسے بڑے کمپنیوں نے منفرد کر رکھا ہے۔

2) CW لیزر: ایک نئی راہ، جو لیزر کو مکمل طور پر الگ کرتی ہے، جس کی لاگت اور بجلی کی استعمال میں فائدہ ہے اور مستقبل کے CPO راستے کے ساتھ زیادہ مطابقت رکھتی ہے۔ CW لیزر کی فراہمی نسبتاً لچکدار ہے، اور چین کے فرماں جیسے یوان جیے ٹیکنالوجی، شی جیا گوانزی، اور چانگ گوانگ ہواکسن نے 70mW/100mW مصنوعات کی بڑے پیمانے پر تیاری کر لی ہے اور بڑے آرڈرز حاصل کر لئے ہیں۔

تصویر: EML اور CW لیزر ڈائیودز کے درمیان فرق کا اسکیمیٹک

ذرائع: سومیتو الیکٹرک، ڈالفن ریسرچ

اس کے بعد چار فائبر آپٹیکل کمپوننٹس ہیں، جو روایتی قابل ڈالنے والے آپٹیکل ماڈیول کے راستے پر کم استعمال ہوتے ہیں:

(2) فائبر آرے یونٹ (FAU)： فائبر اور ویو گائیڈ کے درمیان بلند درجہ کی تطابق کو حاصل کرنے کے لیے فائبر کو درست طریقے سے نصب کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

تصویر: فائبر ارے یونٹ

ذرائع: کورنگ، دلفن ریسرچ

(3) پولرائزیشن مینٹیننگ فائبر (PMF): ایک خاص فائبر جو روشنی کی پولرائزیشن کی حالت کو مستقل رکھنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔

(4) فائبر ڈسٹریبیوشن بॉکس (Fiber Shuffle): فائبرز کو ترتیب دینے کے لیے استعمال ہوتا ہے، جو پیچیدہ اعلیٰ ڈینسٹی ڈیوائسز میں فائبرز کی پوزیشن کو دوبارہ ترتیب دے سکتا ہے۔

تصویر: فائبر شفل کا اسکیما

ذرائع: Hyoptic، Dolphin Research

(5) فائبر آپٹیکل کنیکٹر (MPO، Multi-Fiber Push On): متعدد فائبر کے درمیان کنکشن کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

تصویر: MPO پورٹ کا سکیمیٹک

ذرائع: Senko، US Conec، Dolphin Research

کیوں روایتی لائٹ ماڈیولز میں اوپر کے کمپوننٹس کا استعمال نہیں ہوتا؟

(1) روایتی طریقہ کے تحت، فائبر آپٹیکل کنکٹر میں براہ راست ڈالا جاتا ہے، لیکن CPO کے تحت، فائبر کو آپٹیکل چپ کی سطح پر ویو گائیڈ کے ساتھ انتہائی درستگی سے جوڑنا ہوتا ہے، اس لیے FAU کی ضرورت پڑتی ہے؛

(2) روایتی طریقہ مستقیم مڈیولیشن ہے، جو لائٹ ویو کی پولرائزیشن حالت کے لحاظ سے بے رحم ہے، اور اس سے پہلے پولرائزیشن مینٹیننگ فائبر (PMF) کی قیمت بہت زیادہ تھی، جس کی وجہ سے یہ صنعتی استعمال کے لیے مناسب نہیں تھا، لیکن CPO بیرونی لیزر سے روشنی فراہم کرتا ہے، جس کی وجہ سے لیزر کی پولرائزیشن حالت سے بڑا توانائی کا نقصان ہوتا ہے، اس لیے PMF کا استعمال ضروری ہے؛

(3) روایتی ماڈل میں عام طور پر صرف دو فائبرز ہوتی ہیں، ایک بھیجنا اور ایک وصول کرنا، جس کے لیے بیک پلیٹ سے جڑنے کے لیے اتنی پیچیدہ فائبرز کی ضرورت نہیں ہوتی، اس لیے انسانی عمل کافی ہوتا ہے، فائبر شفل کی ضرورت نہیں پڑتی، لیکن CPO کے تحت فائبر شفل ضروری ہے؛

(4) اسی طرح، روایتی ماڈیولز کو بہت سے انٹرفیسز کی ضرورت نہیں ہوتی، لیکن CPO کے تحت اگر 400G سے زیادہ کی رفتار حاصل ہو تو 8 یا 16 فائبر آپٹیکل کیبلز کو متوازی طور پر استعمال کرنا پڑتا ہے، جبکہ پینل کی جگہ محدود ہوتی ہے، اس لیے MPO جیسے متعدد کور کنکٹرز کی ضرورت ہوتی ہے۔

تو مارکیٹ سپیس اور CPO سے متعلق صنعتی مراحل کے سرمایہ کاری کے مواقع کے بارے میں ہم اگلے حصے میں تجزیہ کریں گے۔