Co{0}}اپتیک بسته بندی شده: زمانی که CPO از Pluggable ها می گذرد

Co{0}}اپتیک بسته بندی شده (CPO)یک معماری اتصال متقابل است که موتور نوری را مستقیماً در کنار سوئیچ ASIC یا پردازنده قرار می‌دهد، به‌جای اینکه سیگنال‌های الکتریکی پرسرعت را در سراسر برد به ماژول‌های قابل اتصال{1} صفحه جلو هدایت کند. برای مراکز داده هوش مصنوعی، CPO اهمیت دارد زیرا به سه محدودیتی که اپتیک‌های معمولی ابتدا با سرعت بالا برخورد می‌کنند، حمله می‌کند: توان در هر بیت، چگالی پهنای باند و یکپارچگی سیگنال الکتریکی. این یک عامل شکل ماژول جدید نیست. این یک تغییر سطح سیستم{5}}در نحوه ادغام عملکردهای الکتریکی و نوری در یک سوئیچ است.

تغییر دیگر تئوری نیست. در GTC 2025، NVIDIA سوئیچ های فوتونیکی Quantum-X و Spectrum-X خود را با موتورهای سیلیکونی-فتونیک ادغام شده در بسته، و درOFC 2025 طیف گسترده ای از فروشندگان موتورهای نوری تعبیه شده در بسته های ASIC را نشان دادند.. سوال بیشتر تیم ها دیگر این نیست که آیا CPO واقعی است یا خیر، بلکه این است که کجا و چه زمانی مناسب است.

Co{0}}اپتیک بسته بندی شده چیست؟

Co{0}}Packaged Optics موتور نوری - را که گاهی تراشه فوتونیکی - نامیده می‌شود، از روی صفحه به سوئیچ، نزدیک به ASIC حرکت می‌دهد. هدف کوتاه کردن مسیر الکتریکی بین تراشه و نقطه ای است که سیگنال ها به نور تبدیل می شوند.

در یک معماری سنتی قابل اتصال، سوئیچ ASIC سیگنال‌های الکتریکی با سرعت بالا را در طول سانتی‌متر ردیابی PCB به فرستنده‌های گیرنده نصب شده در پانل جلویی هدایت می‌کند. این مدل بالغ، انعطاف‌پذیر و به راحتی قابل سرویس است. اما با توجه به اینکه نرخ خطوط به 200G و بیشتر می‌رسد، این مسیرهای الکتریکی سهم فزاینده‌ای از کل توان سیستم را مصرف می‌کنند و طراحی تمیز آن سخت‌تر می‌شود.

CPO هندسه را تغییر می دهد. سیگنال قبل از تبدیل شدن به نوری به جای 15 تا 30 سانتی متر از طریق یک برد، فقط چند میلی متر به صورت الکتریکی حرکت می کند. اثر عملی، در یک جمله: ورودی/خروجی نوری به اندازه‌ای به تراشه نزدیک می‌شود که یک سوئیچ می‌تواند پهنای باند بسیار بیشتری را با فشار الکتریکی بسیار کمتر فشار دهد.

آیا CPO همان سیلیکون فوتونیک است؟

نه، و تمایز مهم است. فوتونیک سیلیکون یک پلت فرم ساخت است که برای ساخت مدارهای مجتمع فوتونیک استفاده می شود. CPO یک معماری سیستمی است کهاستفاده می کندفوتونیک سیلیکون به عنوان یک فناوری توانمند موتورهای فوتونیک NVIDIA، برای مثال، بر اساس فرآیند COUPE TSMC ساخته شده‌اند، که یک قالب الکترونیکی را در بالای یک قالب فوتونیکی قرار می‌دهد.

چرا مراکز داده هوش مصنوعی اپتیک را به تراشه نزدیکتر می کنند؟

خوشه‌های هوش مصنوعی ترافیک شدید شرقی-غربی بین پردازنده‌های گرافیکی، شتاب‌دهنده‌ها، ذخیره‌سازی و سوئیچ‌ها ایجاد می‌کنند. بارهای آموزشی و استنتاج حجم عظیمی از داده ها را با الزامات تأخیر و سازگاری محدود منتقل می کند، و نقشه راه شبکه از آنچه که اپتیک{2}}پنل جلویی می تواند به راحتی ارائه دهد، پیشی می گیرد.

سه فشار باعث تغییر حرکت می شود و آنها بر روی یکدیگر ترکیب می شوند.

پهنای باند سریعتر از دسترسی الکتریکی مقیاس می شود.شبکه ها از 400G به 800G در حال حرکت هستند وانتظار می رود که ماژول های نوری 1.6T در حدود سال های 2025 تا 2026 وارد بازار اولیه شوند.. از آنجایی که پهنای باند ASIC سوئیچ تقریباً هر 18 تا 24 ماه دو برابر می‌شود در حالی که دسترسی الکتریکی قابل استفاده مس با نرخ‌های SerDes بالاتر کاهش می‌یابد، مدل قابل اتصال پانل جلویی در جایی در حدود تولید سوئیچ 102.4 ترابیت بر ثانیه به دیواری برخورد می‌کند.

برق در هر بیت اکنون یک شماره{0}}سطح تسهیلات است.این معیاری است که در واقع تصمیمات خرید را تغییر می دهد. یک ماژول قابل اتصال 800G سنتی تقریباً 15 تا 20 پیکوژول در هر بیت را اجرا می کند. پیاده سازی CPO حدود 5 pJ/bit را هدف قرار می دهد، با یک مسیر معتبر زیر آن. تظاهرات مستقل از این موضوع حمایت می کند -تراشه ورودی/خروجی نوری اینتل حدود 5 pJ/bit در مقابل تقریباً 15 pJ/bit برای ماژول های قابل اتصال مصرف می کند.. در میان صدها هزار پورت در یک کلاستر آموزشی بزرگ، صرفه جویی 10 تا 15 وات در هر پورت باعث افزایش مگاوات در سطح ساختمان می شود. با یک رک{4}}بالا که صدها کیلووات را می کشد، هر واتی که در شبکه مصرف نمی شود یک وات برای محاسبه در دسترس است.

تراکم پانل جلویی- یک سقف سخت است.پهنای باند بیشتر به معنای پورت های بیشتر، کابل کشی بیشتر، گرمای بیشتر و جریان هوای سخت تر است. فقط تعداد زیادی صفحه وجود دارد و قفس های قابل اتصال برای آن رقابت می کنند. انتقال تبدیل به زیرلایه این محدودیت هندسی را حذف می کند.

به همین دلیل است که CPO برای محیط‌های بزرگ هوش مصنوعی، HPC، ابر و مقیاس بزرگ - مکان‌هایی که اولین بار این سه فشار وارد می‌شوند مرتبط است. برای جایگزینی هر ماژول در هر مرکز داده طراحی نشده است.

معماری CPO در یک نگاه

این کمک می کند که CPO به عنوان مجموعه ای از بلوک های سازنده به جای یک چیز واحد در نظر گرفته شود. هر کدام یک مشکل را به جای جدیدی منتقل می کند.

استراتژی لیزر ارزش تمرکز بر روی آن را دارد، زیرا جایی است که فروشندگان بی سر و صدا مشکل سرویس دهی را حل می کنند. از آنجایی که لیزر مستعدترین بخش{1}}یک پیوند نوری است، بسیاری از طرح ها از لیزر خارجی قابل اتصال استفاده می کنند. به عنوان مثال، سوئیچ های فوتونیکی NVIDIA، هشت موتور 1.6 ترابیت بر ثانیه را از یک ماژول لیزری قابل تعویض تغذیه می کنند، که همچنین تعداد لیزرهای مورد نیاز در واحد پهنای باند را کاهش می دهد. از نظر عملیاتی، شاخص اصلی مرگ لیزر افزایش مداوم جریان بایاس لیزر است در حالی که خروجی نوری ثابت می ماند - تله متری که سیستم های مانیتورینگ به جای تکیه بر توان دریافتی تنها به تماشای آن نیاز دارند.

وقتی اپتیک به ASIC نزدیکتر می شود دقیقاً چه چیزی تغییر می کند؟

«چیزی که CPO تغییر می‌کند» بخشی است که اکثر مرورهای کلی مبهم می‌گذارند. به طور مشخص، پنج چیز را به طور همزمان تغییر می‌دهد و تیمی که CPO را ارزیابی می‌کند، باید در مورد هر یک به طور جداگانه استدلال کند و نه به عنوان یک معامله.

طراحی سوئیچ.اپتیک دیگر ماژول قابل تعویضی نیست که اپراتور در اختیار دارد و شروع به تبدیل شدن به بخشی از برد طراحی های OEM می کند. زمان‌سنج DSP که سیگنال‌ها را برای یک ردیابی طولانی PCB شرط می‌کند، اغلب می‌تواند به طور کامل حذف شود، جایی که بخش عمده‌ای از صرفه‌جویی در مصرف برق از آنجا ناشی می‌شود.

مدیریت حرارتیموتور نوری اکنون در کنار یک{0}}ASIC با قدرت بالا قرار دارد. لیزرها، تعدیل‌کننده‌ها، و به‌ویژه تشدیدگرهای حلقه‌ای، طراحی‌های مبتنی بر حلقه‌های-حساس دما به دما-برای نگه داشتن آی سی فوتونیک در دما نیاز دارند. مناطق حرارتی در داخل سوئیچ به یک مشکل طراحی تبدیل می شوند، نه یک فکر بعدی.

مدیریت فیبرتبدیل روی بستر به این معنی است که فیبر باید مسیریابی، ایمن و تراز شودداخلجعبه قابلیت اطمینان کانکتور، عملکرد خمشی و تحمل هم ترازی از "نگرانی کابل کشی" به "نگرانی عملکرد سیستم" منتقل می شود.

تعمیر و نگهدارییک تکنسین می‌تواند در عرض چند ثانیه یک{0}پنل گیرنده جلویی را بکشد و جایگزین کند. یک موتور بسته‌بندی مشترک را نمی‌توان به این شکل تعویض کرد. ذخیره، تعمیر، جداسازی خطا، و آنچه که اپراتورها "شعاع انفجار" می نامند - وقتی یک عنصر از کار می افتد چقدر کاهش می یابد - همه تغییر می کنند.

تدارکات و چرخه عمر.قابل اتصال به اپراتورها اهرمی می دهد: چندین فروشنده قابل همکاری، قطعات یدکی آسان، ارتقاء تدریجی. یک سیستم نوری یکپارچه تر، این میدان را محدود می کند و اپتیک را به چرخه حیات سوئیچ متصل می کند. این یک هزینه واقعی است که ربطی به عملکرد نوری ندارد.

خلاصه صادقانه این است که CPO به سادگی قدرت را کاهش نمی دهد. این پیچیدگی - را از مسیر الکتریکی خارج می‌کند و به بسته‌بندی، طراحی حرارتی، عملکرد و عملیات مزرعه‌ای منتقل می‌کند.

CPO در مقابل Pluggable Optics در مقابل LPO: کدام را باید انتخاب کنید؟

CPO معمولاً با دو گزینه سنجیده می شود: اپتیک قابل اتصال معمولی و اپتیک قابل اتصال خطی (LPO). آنها به هم مرتبط هستند اما مشکلات مختلفی را حل می کنند، و برای بسیاری از تیم ها، انتخاب نزدیک{1} واقع بینانه بین قابل اتصال و LPO است، و CPO برای نسل پلتفرم بعدی ردیابی می شود.

چارچوب تصمیم گیری عملی:

• اپتیک قابل اتصال را انتخاب کنیدزمانی که انعطاف‌پذیری عملیاتی،-صرفه‌جویی چند فروشنده، و جایگزینی سریع میدان بسیار مهم است - که هنوز اکثر شبکه‌ها هستند.
• LPO را در نظر بگیریدزمانی که به قدرت و تأخیر کمتری در دسترسی های کوتاه نیاز دارید اما می خواهید مدل آشنای قابل اتصال را حفظ کنید. اندی بچتولشیم، بنیانگذار Arista، ادامه داد: LPO پل-خطر کمتری است، و دارای حامیان برجسته - در OFC 2025 است.برای LPO به‌عنوان بهترین جایگزین نزدیک مدت-به بحث بنشینید.
• CPO را ردیابی کنیدهنگامی که چگالی پهنای باند، توان در هر بیت، و مقیاس طولانی مدت در گذشته 800G بیشتر از ماژول است-سطح سرویس دهی - و به ویژه برای مقیاس- پارچه های داخل خوشه های هوش مصنوعی.

چارچوبی که بیشتر کمک می کند: CPO یک تصمیم خرید ماژول نیست، یک تصمیم معماری سیستم سوئیچ-است. همینطور با آن رفتار کنید و بیشتر سردرگمی برطرف می شود.

مزایای اپتیک های بسته بندی شده شرکت برای شبکه های هوش مصنوعی

مزیت اصلی کارایی انرژی در مقیاس است. Broadcom ادعا می کند که تقریباً 30٪ صرفه جویی در مصرف برق و 40٪ هزینه اپتیک کمتر برای هر بیت از پلتفرم CPO خود، در کنار تراکم پهنای باند حدود 1 ترابیت بر ثانیه در هر میلی متر دارد. انرژی-به ازای-شکاف بیت - حدود 15 pJ/bit برای پلاگین‌ها در مقابل هدف 5 pJ/bit برای CPO - چیزی است که در یک خوشه بزرگ به مگاوات سطح-مگاوات تبدیل می‌شود.

چگالی پهنای باند دومین مزیت است و ساختاری است تا افزایشی. با فرار از صفحه، CPO سقف پانل جلویی-را حذف می‌کند که طرح‌های قابل اتصال را زمانی که ظرفیت سوئیچ تقریباً 102.4 ترابیت بر ثانیه برسد محدود می‌کند. تأخیر همچنین می تواند در جایی که مسیر سیگنال ساده می شود بهبود یابد، اگرچه تأخیر همیشه باید در سطح سیستم کامل ارزیابی شود، نه فقط در موتور نوری.

داده های قابلیت اطمینان نیز در حال رسیدن هستند، که برای یک فناوری که مدت ها در "امیدبخش" مانده است اهمیت دارد. در اکتبر 2025، Broadcom گزارش داد که متا راه‌حل CPO خود را برای یک میلیون ساعت پیوند-بدون یک دریچه پیوند در-مشخصات آزمایشگاهی با دمای بالا- آزمایش کرد، همان شواهدی که اپراتورها قبل از اعتماد کردن به اپتیک‌های غیرقابل سرویس در تولید-به آن نیاز دارند.

چالش های CPO و موانع استقرار

چالش ها واقعی هستند و عمدتاً نوری نیستند. آنها مشکلات بسته بندی، حرارتی، عملیاتی و اکوسیستمی هستند.

مدیریت حرارتیسخت ترین است موتور در کنار یک ASIC داغ قرار می گیرد و تشدید کننده های حلقه مخصوصاً به گرمایش فعال نیاز دارند تا روی-طول موج - باقی بمانند، بنابراین طراحی باید گرمای تولید شده و وابسته به موتور را مدیریت کند. تغییر دما مستقیماً-قابلیت اطمینان طولانی مدت را تهدید می کند.

بسته بندی و عملکردبعدی بیا ادغام قالب های الکترونیکی و فوتونیکی نیازمند بسته بندی پیشرفته، ترازبندی محکم و روش های آزمایشی است که هنوز در حال بلوغ هستند. بازده و قابلیت ساخت، نه عملکرد نوری خام، اغلب تولید حجم دروازه است.

قابلیت سرویس و شعاع انفجارمدل عملیاتی را تغییر دهید منابع لیزر قابل اتصال بدترین حالت را کاهش می دهند، اما اپراتورها همچنان گردش کار ساده «کشیدن و تعویض» و راحتی چندین فروشنده قابل تعویض را از دست می دهند.

آمادگی اکوسیستمآن را به هم گره می زند. CPO به هماهنگی بین فروشندگان سوئیچ-سیلیکون، تامین کنندگان موتورهای نوری{2}، سازندگان لیزر، ارائه دهندگان اتصال فیبر-، شرکای بسته بندی و اپراتورهای ابری بستگی دارد که مطابق با مشخصات سازمان هایی مانندانجمن نوری کار اینترنتی (OIF)و IEEE این هماهنگی در حال شکل گیری است اما تمام نشده است.

اجماع بازار این را نشان می دهد. حتی تحلیلگران از این فناوری استقبال می کنند -SemiAnalysis انتظار ندارد منحنی پذیرش سریع برای مقیاس-CPO در میان هیپراسکیلدرها در کوتاه مدت وجود نداشته باشد.، حتی اگر همان اپراتورها به تامین کنندگان برای افزایش مقیاس- متعهد شوند. CPO ابتدا در جایی رشد می کند که مزایا به وضوح پیچیدگی را توجیه می کند: کارخانه های بسیار بزرگ هوش مصنوعی، پارچه های مقیاس بزرگ و خوشه های HPC.

چه زمانی مراکز داده هوش مصنوعی باید اپتیک‌های بسته‌بندی شده را در نظر بگیرند؟

اگر نقشه راه شما شامل سوئیچ‌های{0}رادیکس بسیار بالا، پیوندهای 800G یا 1.6T، خوشه‌های GPU بزرگ، یا توان دقیق-به ازای-هدف‌های بیتی - است و به خصوص اگر طراحی فعلی شما از قبل به دلیل قدرت، خنک‌کننده، یکپارچگی سیگنال، یا عدم یکپارچگی سیگنال محدود شده است، به CPO توجه کنید. زمانی که هزینه و دشواری مقیاس‌بندی معماری‌های قابل اتصال افزایش می‌یابد، معاملات{7}}CPO مطلوب به نظر می‌رسند.

اگر اولویت‌های شما انعطاف‌پذیری عملیاتی، جایگزینی سریع، انتخاب گسترده تامین‌کننده و ارتقاء تدریجی باشد، احتمالاً CPO حرکت فوری درستی نیست. برای اکثر مراکز داده‌های سازمانی و عمومی{1}}، اپتیک‌های قابل اتصال بالغ امروزه مناسب‌تر هستند، با LPO به‌عنوان گزینه‌ای کم‌مصرف-برای پیوندهای حساس-کوتاه و قدرتمند{4}}.

آیا CPO جایگزین اپتیک های قابل اتصال می شود؟

نه در کوتاه مدت فرستنده و گیرنده های قابل اتصال دارای یک زنجیره تامین بالغ، پشتیبانی استانداردهای گسترده، قابلیت همکاری چند فروشنده-و یک مدل عملیاتی اثبات شده هستند و به اکثر برنامه های مرکز داده، سازمانی، مخابراتی و ابری ادامه خواهند داد.محصولات CPO آماده استقرار-فقط در سال 2025 وارد شدند، با اولین مقیاس فرامقیاس-استقرارهای پیش بینی شده در سال 2026 در-پلتفرم های سوئیچ نسل بعدی.

تصویر واضح تر یک اکوسیستم لایه ای است. اپتیک قابل اتصال به جریان اصلی می‌ماند. LPO به‌عنوان پل{2}}پایین‌تری عمل می‌کند که مدل قابل اتصال را نگه می‌دارد. و CPO در جایی که پهنای باند، توان و چگالی از آنچه که اپتیک‌های پنل جلویی می‌توانند - قاطع‌ترین در مقیاس-افزایش بافت‌های هوش مصنوعی انجام دهند، می‌شود، جایی که به عنوان محرک اصلی رشد پهنای باند در بخش آخر این دهه قرار دارد. آینده یک معماری برنده نیست. هر کدام با یک عملکرد، هزینه و نیاز عملیاتی متفاوت مطابقت دارد.

نتیجه گیری

Co{0}}اپتیک بسته بندی شده یکی از مهم ترین تغییرات معماری در شبکه-سرعت بالا مرکز داده است. با انتقال تبدیل نوری بر روی بستر سوئیچ، انرژی در هر بیت را تا 5 pJ/bit کاهش می‌دهد، چگالی پهنای باند را از سقف پانل جلویی می‌گذراند و به شبکه‌های AI و HPC مسیری برای مقیاس فراتر از 800G و 1.6T می‌دهد. شواهد از اسلاید افزار به حمل و نقل محصولات و داده های قابل اطمینان واقعی منتقل شده است.

اما CPO جایگزینی برای اپتیک‌های قابل اتصال- نیست. مشکلات دسترسی الکتریکی-مدیریت بسته‌بندی، حرارتی، فیبر-و عملیاتی - را ارائه می‌کند و اپراتورهای اهرم تدارکات را محدود می‌کند. برای اکثر تیم‌ها وضعیت مناسب لایه لایه است: اپتیک‌های قابل اتصال بالغ را در جایی که مناسب هستند نگه دارید، از LPO برای دسترسی کوتاه‌تر-استفاده کنید، و CPO را برای نسل بعدی پارچه‌های هوش مصنوعی و HPC با چگالی بالا، به‌ویژه مقیاس-را دنبال کنید. تغییر ذهنی کلیدی ساده است: CPO یک تصمیم خرید ماژول نیست، یک تصمیم سوئیچ-معماری سیستم - است و بر این اساس، در حال حاضر در هر مکالمه نقشه راه شبکه هوش مصنوعی جدی قرار دارد.