Vývoj a pokrok CPOoptoelektronickétechnológia spoločného balenia
Optoelektronické spoločné balenie nie je nová technológia, jej vývoj možno vysledovať až do 60. rokov 20. storočia, ale v súčasnosti je fotoelektrické spoločné balenie len jednoduchým balením...optoelektronické zariadeniaspolu. V 90. rokoch 20. storočia, s nástupomoptický komunikačný modulV tomto odvetví sa začalo objavovať fotoelektrické balenie. Vzhľadom na prudký nárast dopytu po vysokom výpočtovom výkone a vysokej šírke pásma v tomto roku sa fotoelektrickému baleniu a s ním súvisiacim odvetvovým technológiám opäť venuje veľká pozornosť.
Vo vývoji technológie má každá fáza aj rôzne formy, od 2,5D CPO zodpovedajúceho dopytu 20/50 Tb/s, cez 2,5D Chiplet CPO zodpovedajúci dopytu 50/100 Tb/s, až po nakoniec 3D CPO zodpovedajúci rýchlosti 100 Tb/s.
2.5D CPO obsahujeoptický modula čip sieťového prepínača na rovnakom substráte, aby sa skrátila vzdialenosť medzi vedeniami a zvýšila hustota I/O, a 3D CPO priamo spája optický integrovaný obvod s medzivrstvou, aby sa dosiahla vzájomná vzdialenosť medzi I/O rozstupmi menšími ako 50 μm. Cieľ jeho vývoja je veľmi jasný, a to čo najviac znížiť vzdialenosť medzi modulom fotoelektrickej konverzie a čipom sieťového prepínača.
V súčasnosti je CPO stále v plienkach a stále existujú problémy, ako je nízky výťažok a vysoké náklady na údržbu, a len málo výrobcov na trhu dokáže plne poskytnúť produkty súvisiace s CPO. Iba Broadcom, Marvell, Intel a hŕstka ďalších hráčov majú na trhu plne proprietárne riešenia.
Spoločnosť Marvell minulý rok predstavila prepínač s technológiou 2,5D CPO, ktorý využíva proces VIA-LAST. Po spracovaní kremíkového optického čipu sa TSV spracuje pomocou procesorovej kapacity OSAT a potom sa k kremíkovému optickému čipu pridá elektrický flip-chip. 16 optických modulov a prepínací čip Marvell Teralynx7 sú na doske plošných spojov prepojené a vytvárajú prepínač, ktorý dokáže dosiahnuť rýchlosť prepínania 12,8 Tb/s.
Na tohtoročnom veľtrhu OFC spoločnosti Broadcom a Marvell tiež predviedli najnovšiu generáciu prepínačov s rýchlosťou 51,2 Tb/s využívajúcich technológiu optoelektronického spoločného balenia.
Od najnovšej generácie CPO od spoločnosti Broadcom, technických detailov balíka CPO 3D, cez vylepšenie procesu na dosiahnutie vyššej hustoty I/O, spotreby energie CPO na 5,5 W/800 G, pomeru energetickej účinnosti je veľmi dobrý, výkon je veľmi dobrý. Zároveň Broadcom prelomil aj jednu vlnu CPO s rýchlosťou 200 Gb/s a rýchlosťou 102,4 T.
Spoločnosť Cisco tiež zvýšila svoje investície do technológie CPO a na tohtoročnej konferencii OFC uskutočnila demonštráciu produktu CPO, ktorá demonštrovala jej akumuláciu a aplikáciu technológie CPO na integrovanejšom multiplexore/demultiplexore. Spoločnosť Cisco uviedla, že uskutoční pilotné nasadenie CPO v prepínačoch s kapacitou 51,2 Tb, po ktorom bude nasledovať rozsiahle zavedenie v cykloch prepínačov s kapacitou 102,4 Tb.
Spoločnosť Intel už dlho zavádza prepínače založené na CPO a v posledných rokoch spoločnosť Intel pokračovala v spolupráci so spoločnosťou Ayar Labs na skúmaní riešení prepojenia signálov s vyššou šírkou pásma v ko-balení, čím vydláždila cestu pre masovú výrobu optoelektronických ko-balených a optických prepojovacích zariadení.
Hoci zásuvné moduly sú stále prvou voľbou, celkové zlepšenie energetickej účinnosti, ktoré môže CPO priniesť, prilákalo čoraz viac výrobcov. Podľa LightCounting sa dodávky CPO začnú výrazne zvyšovať od portov 800G a 1,6T, postupne začnú byť komerčne dostupné od roku 2024 do roku 2025 a od roku 2026 do roku 2027 vytvoria rozsiahly objem. Zároveň CIR očakáva, že trhové tržby z fotoelektrického balenia dosiahnu v roku 2027 5,4 miliardy dolárov.
Začiatkom tohto roka spoločnosť TSMC oznámila, že spojí sily so spoločnosťami Broadcom, Nvidia a ďalšími veľkými zákazníkmi s cieľom spoločne vyvíjať technológiu kremíkovej fotoniky, spoločné balenie optických komponentov CPO a ďalšie nové produkty, procesnú technológiu od 45nm do 7nm. Uviedla, že najrýchlejšie sa v druhej polovici budúceho roka začne plniť veľká objednávka, približne v roku 2025 sa dosiahne objemová fáza.
Technológia CPO, ako interdisciplinárna technologická oblasť zahŕňajúca fotonické zariadenia, integrované obvody, balenie, modelovanie a simuláciu, odráža zmeny, ktoré priniesla optoelektronická fúzia, a zmeny, ktoré priniesla do prenosu dát, sú nepochybne prevratné. Hoci sa aplikácia CPO môže dlhodobo pozorovať len vo veľkých dátových centrách, s ďalším rozširovaním veľkého výpočtového výkonu a požiadavkami na vysokú šírku pásma sa technológia fotoelektrického spoločného tesnenia CPO stala novým bojiskom.
Je zrejmé, že výrobcovia pracujúci v oblasti CPO sa vo všeobecnosti domnievajú, že rok 2025 bude kľúčovým uzlom, ktorý bude mať tiež prenosovú rýchlosť 102,4 Tbps, a nevýhody zásuvných modulov sa ešte viac zosilnia. Hoci aplikácie CPO môžu prichádzať pomaly, optoelektronické spoločné balenie je nepochybne jediný spôsob, ako dosiahnuť vysokorýchlostné, vysokorýchlostné a nízkoenergetické siete.
Čas uverejnenia: 2. apríla 2024