Utveckling och framsteg av CPOoptoelektronisksamförpackningsteknik
Optoelektronisk sampaketering är inte en ny teknik, dess utveckling kan spåras tillbaka till 1960-talet, men för närvarande är fotoelektrisk sampaketering bara ett enkelt paket avoptoelektroniska anordningartillsammans. Vid 1990-talet, med uppkomsten avoptisk kommunikationsmodulindustrin började fotoelektrisk sampaketering dyka upp. Med den ökande efterfrågan på hög datorkraft och hög bandbredd i år har fotoelektrisk sampaketering och dess relaterade teknikgren återigen fått mycket uppmärksamhet.
I teknikutvecklingen har varje steg också olika former, från 2,5D CPO motsvarande 20/50 Tb/s efterfrågan, till 2,5D Chiplet CPO motsvarande 50/100 Tb/s efterfrågan, och slutligen realisera 3D CPO motsvarande 100 Tb/s hastighet.
2.5D CPO-paketetoptisk moduloch nätverksomkopplarchippet på samma substrat för att förkorta linjeavståndet och öka I/O-tätheten, och 3D CPO:n ansluter direkt den optiska IC:n till mellanskiktet för att uppnå en sammankoppling av I/O-höjden på mindre än 50 µm. Målet med dess utveckling är mycket tydligt, vilket är att minska avståndet mellan den fotoelektriska omvandlingsmodulen och nätverksomkopplarchippet så mycket som möjligt.
För närvarande är CPO fortfarande i sin linda, och det finns fortfarande problem som låg avkastning och höga underhållskostnader, och få tillverkare på marknaden kan fullt ut tillhandahålla CPO-relaterade produkter. Endast Broadcom, Marvell, Intel och en handfull andra aktörer har helt proprietära lösningar på marknaden.
Marvell introducerade en 2.5D CPO-teknikswitch med VIA-LAST-processen förra året. Efter att det optiska kiselchippet har bearbetats bearbetas TSV med OSAT:s bearbetningskapacitet, och sedan läggs det elektriska flip-chipet till det optiska kiselchippet. 16 optiska moduler och switchchippet Marvell Teralynx7 är sammankopplade på kretskortet för att bilda en switch, som kan uppnå en switchhastighet på 12,8 Tbps.
På årets OFC demonstrerade Broadcom och Marvell även den senaste generationen av 51,2 Tbps switchchips med hjälp av optoelektronisk sampaketeringsteknik.
Från Broadcoms senaste generation av tekniska detaljer inom CPO, CPO 3D-paketet, genom förbättringar av processen för att uppnå en högre I/O-densitet, CPO:s strömförbrukning till 5,5 W/800 G, är energieffektivitetsförhållandet mycket bra och prestandan är mycket bra. Samtidigt bryter Broadcom igenom till en enda våg av 200 Gbps och 102,4 T CPO.
Cisco har också ökat sina investeringar i CPO-teknik och genomfört en CPO-produktdemonstration på årets OFC, där de visar sin ackumulering och tillämpning av CPO-tekniken på en mer integrerad multiplexer/demultiplexer. Cisco meddelade att de kommer att genomföra en pilotinstallation av CPO i 51,2 TB-switchar, följt av storskalig implementering i 102,4 TB-switchcykler.
Intel har länge introducerat CPO-baserade switchar, och under senare år har Intel fortsatt att arbeta med Ayar Labs för att utforska sampaketerade signalsammankopplingslösningar med högre bandbredd, vilket banar väg för massproduktion av optoelektronisk sampaketering och optiska sammankopplingsenheter.
Även om insticksbara moduler fortfarande är förstahandsvalet, har den övergripande energieffektivitetsförbättringen som CPO kan medföra lockat fler och fler tillverkare. Enligt LightCounting kommer CPO-leveranserna att börja öka avsevärt från 800G- och 1,6T-portar, gradvis börja bli kommersiellt tillgängliga från 2024 till 2025, och bilda en storskalig volym från 2026 till 2027. Samtidigt förväntar sig CIR att marknadsintäkterna för fotoelektrisk totalkapsling kommer att nå 5,4 miljarder dollar år 2027.
Tidigare i år meddelade TSMC att de kommer att samarbeta med Broadcom, Nvidia och andra stora kunder för att gemensamt utveckla kiselfotonikteknik, gemensamma förpackningsoptiska komponenter för CPO och andra nya produkter, processteknik från 45 nm till 7 nm, och sa att den snabbaste andra halvan av nästa år började möta den stora ordern, 2025 eller så för att nå volymstadiet.
Som ett tvärvetenskapligt teknikområde som involverar fotoniska enheter, integrerade kretsar, kapsling, modellering och simulering, återspeglar CPO-tekniken de förändringar som optoelektronisk fusion medfört, och de förändringar som medfört dataöverföring är utan tvekan subversiva. Även om tillämpningen av CPO kanske bara ses i stora datacenter under lång tid, har CPO:s fotoelektriska samförslutningsteknik blivit ett nytt slagfält med den ytterligare expansionen av stor datorkraft och höga bandbreddskrav.
Det kan ses att tillverkare som arbetar inom CPO generellt tror att 2025 kommer att vara en nyckelnod, vilket också är en nod med en växelkurs på 102,4 Tbps, och nackdelarna med pluggbara moduler kommer att förstärkas ytterligare. Även om CPO-applikationer kan komma långsamt, är optoelektronisk sampaketering utan tvekan det enda sättet att uppnå nätverk med hög hastighet, hög bandbredd och låg effekt.
Publiceringstid: 2 april 2024