Wspólna-optyka w pakietach (CPO)to architektura połączeń wzajemnych, która umieszcza silnik optyczny bezpośrednio obok układu ASIC przełącznika lub procesora, zamiast kierować-szybkie sygnały elektryczne przez płytkę do modułów-wpinanych na panelu przednim. W przypadku centrów danych AI współczynnik CPO ma znaczenie, ponieważ uwzględnia trzy ograniczenia, na które konwencjonalna optyka wpływa jako pierwsza przy dużej prędkości: moc na bit, gęstość pasma i integralność sygnału elektrycznego. Nie jest to nowy moduł. Jest to zmiana na poziomie systemu-w zakresie integracji funkcji elektrycznych i optycznych w przełączniku.
Zmiana ta nie jest już teoretyczna. Na konferencji GTC 2025 firma NVIDIA zademonstrowała przełączniki fotoniczne Quantum-X i Spectrum-X z krzemowymi-silnikami fotonicznymi zintegrowanymi z pakietem, a podczasOFC 2025 szeroka gama dostawców pokazała silniki optyczne wbudowane w pakiety ASIC. Dla większości zespołów pytanie nie brzmi już, czy CPO jest realne, ale gdzie i kiedy pasuje.
Co to jest-optyka w pakiecie?
Co-Packaged Optics przenosi silnik optyczny - czasami nazywany chipletem fotonicznym - z płyty czołowej na podłoże przełącznika, blisko układu ASIC. Celem jest skrócenie ścieżki elektrycznej między chipem a punktem, w którym sygnały przekształcają się w światło.
W tradycyjnej architekturze z wtyczkami przełącznik ASIC przesyła-szybkie sygnały elektryczne przez centymetrową ścieżkę PCB do urządzeń nadawczo-odbiorczych zamontowanych na panelu przednim. Model ten jest dojrzały, elastyczny i łatwy w serwisowaniu. Jednak w miarę jak-prędkość linii wzrasta do 200 G i więcej, te ścieżki elektryczne zużywają coraz większą część całkowitej mocy systemu i stają się trudniejsze do czystego zaprojektowania.
CPO zmienia geometrię. Sygnał przemieszcza się elektrycznie tylko kilka milimetrów przed konwersją na sygnał optyczny, a nie 15–30 cm w poprzek płytki. Praktyczny efekt w jednym zdaniu: optyczne wejścia/wyjścia znajdują się wystarczająco blisko chipa, że przełącznik może zwiększyć przepustowość przy znacznie mniejszym obciążeniu elektrycznym.
Czy CPO to to samo, co fotonika krzemowa?
Nie, a rozróżnienie ma znaczenie. Fotonika krzemowa to platforma produkcyjna używana do budowy fotonicznych układów scalonych. CPO to architektura systemu, któraużywafotonika krzemowa jako jedna z technologii wspomagających. Na przykład silniki fotoniczne firmy NVIDIA są zbudowane w oparciu o proces COUPE firmy TSMC, który polega na umieszczeniu elektronicznej matrycy na matrycy fotonicznej - fotonika krzemowa to element składowy, a CPO to sposób montażu w przełączniku.
Dlaczego centra danych AI przesuwają optykę bliżej chipa
Klastry AI generują intensywny ruch ze wschodu-zachodu między procesorami graficznymi, akceleratorami, pamięcią masową i przełącznikami. Obciążenia związane ze szkoleniem i wnioskowaniem powodują przenoszenie ogromnych ilości danych przy małych opóźnieniach i wymaganiach dotyczących spójności, a plan działania sieci przekracza możliwości, jakie może zapewnić-optyka na panelu przednim.
Zmianę napędzają trzy naciski, które nakładają się na siebie.
Przepustowość skaluje się szybciej niż zasięg elektryczny.Sieci przechodzą z 400G na 800G, aOczekuje się, że moduły optyczne 1,6T wejdą do komercyjnego wdrożenia około 2025–2026. Ponieważ przepustowość układu ASIC przełącznika podwaja się mniej więcej co 18–24 miesiące, a użyteczny zasięg elektryczny miedzi maleje przy wyższych szybkościach SerDes, model z wtyczką na panelu przednim-wpada w ścianę gdzieś w okolicach przełączników generacji 102,4 Tb/s.
Moc na bit jest teraz liczbą-na poziomie obiektu.Jest to wskaźnik, który faktycznie wpływa na decyzje dotyczące zamówień. Tradycyjny moduł wtykowy 800G obsługuje około 15 do 20 pikodżuli na bit; Implementacje CPO mają na celu około 5 pJ/bit, a poniżej tego jest wiarygodna ścieżka. Niezależne demonstracje to potwierdzają -Optyczny chiplet we/wy Intela zużywa około 5 pJ/bit w porównaniu z około 15 pJ/bit w przypadku modułów wtykowych. W setkach tysięcy portów w dużym klastrze szkoleniowym oszczędność od 10 do 15 watów na port przekłada się na megawaty na poziomie budynku. W przypadku pojedynczej-zaawansowanej szafy rack, która ma pobierać setki kilowatów, każdy wat niewykorzystany w sieci stanowi wat dostępny do obliczeń.
Gęstość-panelu przedniego to twardy sufit.Większa przepustowość oznacza więcej portów, więcej okablowania, więcej ciepła i trudniejszy przepływ powietrza. Panelu przedniego jest tylko tyle i konkurują o to wymienne klatki. Przeniesienie konwersji na podłoże usuwa tę granicę geometryczną.
Właśnie dlatego CPO jest najbardziej odpowiedni w przypadku dużych środowisk sztucznej inteligencji, HPC, chmur i hiperskalowych - miejsc, w których te trzy presje pojawiają się jako pierwsze. Nie jest przeznaczony do wymiany każdego modułu w każdym centrum danych.
Architektura CPO w skrócie
Pomaga postrzegać CPO jako zestaw elementów, a nie pojedynczą rzecz. Każdy z nich przenosi problem w nowe miejsce.
| Blok konstrukcyjny | Co to robi | Dlaczego to ma znaczenie w CPO |
|---|---|---|
| Zmień ASIC | Przełącza ruch; hostuje-szybkie ścieżki we/wy | Wraz ze wzrostem przepustowości rośnie liczba pasów i ich prędkość, co powoduje obciążenie zasięgu elektrycznego |
| Silnik optyczny (chiplet fotoniczny) | Konwertuje elektryczne na optyczne i odwrotnie | Znajduje się na podłożu ASIC lub obok niego, zawężając ścieżkę elektryczną do milimetrów |
| Zewnętrzne źródło lasera | Dostarcza światło modulowane przez silnik | Ze względu na niezawodność trzymano z dala od najgorętszej części opakowania; często pole-wymienne, aby rozwiązać problem-najbardziej podatnego na awarie komponentu |
| Sprzężenie światłowodu-z-chipem | Wyrównuje układy włókien i złącza z silnikiem | Wewnątrz--skrzynki routing światłowodów i tolerancja wyrównania są priorytetowymi kwestiami projektowymi- |
| Zarządzanie i monitorowanie | Diagnostyka, izolacja usterek, telemetria termiczna | O wiele bardziej krytyczne niż w przypadku wtyczek, ponieważ silnik jest zintegrowany, a nie wymienny |
Warto zatrzymać się nad strategią laserową, ponieważ to właśnie w niej dostawcy po cichu rozwiązują problem użyteczności. Ponieważ laser jest najbardziej podatną na awarie-częścią łącza optycznego, w wielu projektach wykorzystuje się podłączany laser zewnętrzny. Na przykład przełączniki fotoniczne firmy NVIDIA zasilają osiem silników 1,6 Tb/s z jednego wymiennego modułu laserowego, co również zmniejsza liczbę laserów potrzebnych na jednostkę przepustowości. Z operacyjnego punktu widzenia głównym wskaźnikiem śmierci lasera jest stały wzrost prądu polaryzacji lasera, podczas gdy moc wyjściowa optyczna pozostaje bez zmian. Dane telemetryczne, które systemy monitorujące muszą obserwować, a nie polegać wyłącznie na mocy odbioru.
Co dokładnie zmienia się, gdy optyka zbliża się do ASIC?
„Jakie zmiany CPO” to część, którą większość przeglądów pozostawia niejasną. Konkretnie zmienia to pięć rzeczy na raz, a zespół oceniający CPO powinien rozpatrywać każdą z nich osobno, a nie jako pojedynczą transakcję.
Projekt przełącznika.Optyka przestaje być modułem wymiennym, który znajduje się w magazynie operatora, a zaczyna być częścią płytki projektowanej przez OEM. Retimer DSP, który kondycjonuje sygnały na potrzeby długiego śladu PCB, często można całkowicie wyeliminować i stąd właśnie bierze się większość oszczędności energii.
Zarządzanie ciepłem.Silnik optyczny znajduje się teraz obok układu ASIC o dużej mocy. Lasery, modulatory, a zwłaszcza rezonatory pierścieniowe są-wrażliwymi na temperaturę konstrukcjami opartymi na- pierścieniach-, które wymagają stałego sterowania małym-grzejnikiem, aby utrzymać fotoniczny układ scalony w odpowiedniej temperaturze. Strefy termiczne wewnątrz przełącznika stają się problemem projektowym, a nie refleksją.
Zarządzanie włóknami.Konwersja zachodząca na podłożu oznacza, że włókno musi zostać poprowadzone, zabezpieczone i wyrównanewewnątrzpudełko. Niezawodność złącza, wydajność zginania i tolerancja wyrównania przechodzą od „problemów z okablowaniem” do „problemów z wydajnością systemu”.
Konserwacja.Technik może wyjąć i wymienić transceiver na panelu przednim-w ciągu kilku sekund. Nie można w ten sposób zamienić silnika-w pakiecie. Oszczędzanie, naprawa, izolowanie usterek i to, co operatorzy nazywają „promieniem wybuchu” -, jak dużo spada w przypadku awarii jednego elementu - wszystko się zmienia.
Zaopatrzenie i cykl życia.Wtyczki zapewniają operatorom przewagę: wielu współpracujących dostawców, łatwe części zamienne, stopniowe aktualizacje. Bardziej zintegrowany system optyczny zawęża to pole i wiąże optykę z cyklem życia przełącznika. To realny koszt, który nie ma nic wspólnego z wydajnością optyczną.
Szczere podsumowanie jest takie, że CPO nie tylko obniża moc. Przenosi złożoność - ze ścieżki elektrycznej na obszary pakowania, projektowania termicznego, wydajności i operacji w terenie.
CPO vs optyka wtykowa vs LPO: który wybrać?
CPO jest zwykle porównywane z dwiema alternatywami: konwencjonalną wtykową optyką i liniową optyką wtykową (LPO). Są ze sobą powiązane, ale rozwiązują różne problemy, a dla wielu zespołów-realistyczny, krótkoterminowy wybór dotyczy rozwiązania wtykowego i LPO, ze śledzeniem CPO dla platformy następnej generacji.
| Architektura | Gdzie siedzi optyka | Główna zaleta | Główne ograniczenie | Najlepsze dopasowanie |
|---|---|---|---|---|
| Wtykowa optyka | Klatka modułu panelu przedniego- | Dojrzały,-od wielu-dostawców,-z możliwością wymiany podczas pracy,-oparty na standardach | Wyższa moc na bit (~15–20 pJ/bit przy 800 G) i ograniczenia-elektrycznego zasięgu przy dużej prędkości | Szerokie wdrożenia w centrach danych, przedsiębiorstwach i telekomunikacji |
| LPO | Obudowa z możliwością podłączenia-panelu przedniego, uproszczona ścieżka sygnału | Usuwa wbudowany procesor DSP; zazwyczaj o 30–50% niższa moc niż wtyczki oparte na DSP-, pozwala zachować model operacyjny z możliwością podłączenia | Wymaga ściślejszej kontroli-poziomu sygnału-systemu; krótszy zasięg | Linki AI o krótkim-zasięgu i-wrażliwym na moc |
| CPO | Silnik optyczny na podłożu ASIC przełącznika | Najwyższa gęstość pasma i najniższa moc na bit (docelowo ~5 pJ/bit); usuwa górną granicę gęstości panelu przedniego- | Trudniejsza obsługa, opakowanie, konstrukcja termiczna i dojrzałość ekosystemu | Przełączanie AI/HPC na dużą-skalę, zwłaszcza w przypadku struktur skalowalnych- |
Praktyczne ramy decyzyjne:
- Wybierz wymienną optykęgdy elastyczność operacyjna, oszczędność czasu od wielu-dostawców i szybka wymiana urządzeń mają największe znaczenie, - a wciąż jest to większość sieci.
- Rozważ LPOgdy potrzebujesz mniejszej mocy i opóźnień na krótkich dystansach, ale chcesz zachować znajomy model z możliwością podłączenia. LPO to pomost niższego-ryzyka i ma wybitnych zwolenników - na konferencji OFC 2025, współzałożyciel firmy Arista,-Andy Bechtolsheim, kontynuowałopowiadają się za LPO jako lepszą-bliższą perspektywą alternatywą.
- Śledź CPOgdy gęstość przepustowości, moc na bit i-długoterminowe skalowanie powyżej 800 G przewyższają użyteczność-poziomu modułu -, a zwłaszcza w przypadku-skalowania struktur wewnątrz klastrów AI.
Ramy, które najbardziej pomagają: CPO nie jest decyzją o zakupie modułu, ale decyzją dotyczącą architektury-systemu przełączającego. Potraktuj to w ten sposób, a większość nieporozumień zostanie wyjaśniona.
Korzyści ze stosowania-optyk w pakietach dla sieci AI
Główną korzyścią jest wydajność energetyczna na dużą skalę. Broadcom twierdzi, że w porównaniu z platformą CPO zapewnia około 30% oszczędności energii i o 40% niższy koszt optyki na bit, przy gęstości przepustowości rzędu 1 Tb/s na milimetr. Energia-na-przerwę bitową - około 15 pJ/bit dla urządzeń wtykowych w porównaniu do docelowej wartości 5 pJ/bit dla CPO - zamienia się w megawaty na poziomie obiektu{{11} w dużym klastrze.
Drugą korzyścią jest gęstość przepustowości, która ma charakter strukturalny, a nie przyrostowy. Unikając płyty czołowej, CPO eliminuje sufit-panelu przedniego, który ogranicza konstrukcje z możliwością wtyczek, gdy przepustowość przełącznika przekroczy około 102,4 Tb/s. Opóźnienie można również poprawić tam, gdzie ścieżka sygnału jest uproszczona, chociaż opóźnienie należy zawsze oceniać na poziomie całego systemu, a nie tylko silnika optycznego.
Zaczynają napływać także dane dotyczące niezawodności, co ma znaczenie w przypadku technologii, która od dawna pozostaje „obiecująca”. W październiku 2025 r. firma Broadcom poinformowała, że Meta testowała swoje rozwiązanie CPO przez milion-godzin łącza bez pojedynczej klapy łącza, wykonując charakterystykę laboratoryjną w-wysokiej temperaturze -, czyli rodzaj dowodów potrzebnych operatorom, zanim zaufają-nienadającej się do serwisowania optyce w produkcji.
Wyzwania CPO i bariery we wdrażaniu
Wyzwania są realne i w większości nie mają charakteru optycznego. Są to problemy z opakowaniem, termiczne, operacyjne i ekosystemowe.
Zarządzanie ciepłemjest najtrudniejsze. Silnik znajduje się obok gorącego układu ASIC, a szczególnie rezonatory pierścieniowe wymagają aktywnego ogrzewania, aby utrzymać-długość fali -, więc konstrukcja musi zarządzać ciepłem, które silnik generuje i od którego zależy. Dryft temperaturowy bezpośrednio zagraża-długoterminowej niezawodności.
Opakowanie i wydajnośćnastępować. Wspólna-integracja matryc elektronicznych i fotonicznych wymaga zaawansowanego pakowania, ścisłego dopasowania i metod testowania, które wciąż są udoskonalane. Wydajność i możliwości produkcyjne, a nie surowe parametry optyczne, często decydują o produkcji masowej.
Użyteczność i promień wybuchuzmienić model operacyjny. Wtykowe źródła laserowe łagodzą najgorszy przypadek, ale operatorzy nadal tracą prosty przepływ pracy „wyciągnij i wymień” oraz wygodę wielu wymiennych dostawców.
Gotowość ekosystemułączy to razem. CPO zależy od koordynacji pomiędzy dostawcami-krzemu przełącznikowego,-dostawcami silników optycznych, producentami laserów, dostawcami-łączności światłowodowej, partnerami w dziedzinie opakowań i operatorami chmury, zgodnie ze specyfikacjami takich organów jakForum sieci optycznych (OIF)i IEEE. Ta koordynacja się kształtuje, ale nie jest skończona.
Konsensus rynkowy odzwierciedla to. Nawet analitycy optymistycznie patrzą na tę technologię -Firma SemiAnalytics nie spodziewa się, że w najbliższej przyszłości skalowalne CPO-wśród osób korzystających z hiperskali nie będzie szybko wdrażane, nawet jeśli ci sami operatorzy zobowiązują się do-zwiększenia skali działań wobec dostawców. CPO rośnie najpierw tam, gdzie korzyści wyraźnie uzasadniają złożoność: bardzo duże fabryki sztucznej inteligencji, struktury hiperskalowe i klastry HPC.
Kiedy centra danych AI powinny rozważyć-optyki w pakietach?
Zwróć szczególną uwagę na CPO, jeśli Twój plan obejmuje przełączniki o bardzo wysokim-radzie, łącza 800 G lub 1,6 T, duże klastry GPU lub rygorystyczne cele w zakresie poboru mocy-na-bit-, a zwłaszcza jeśli Twój obecny projekt jest już ograniczony przez moc, chłodzenie, integralność sygnału lub gęstość płyty czołowej. Kiedy koszty i trudność skalowania architektur z wtyczkami stale rosną, kompromisy-CPO zaczynają wyglądać korzystnie.
CPO prawdopodobnie nie jest właściwym natychmiastowym posunięciem, jeśli priorytetami są elastyczność operacyjna, szybka wymiana, szeroki wybór dostawców i stopniowe aktualizacje. W przypadku większości centrów danych-dla przedsiębiorstw i{1}}ogólnego przeznaczenia dojrzałe, wymienne elementy optyczne są obecnie lepiej dopasowane, a LPO jest opcją o niższym-poborze mocy w przypadku łączy-o krótkim zasięgu i wrażliwych- na moc.
Czy CPO zastąpi wtykową optykę?
Nie w najbliższej przyszłości. Wtykowe transceivery mają dojrzały łańcuch dostaw, obsługują szerokie standardy, współpracują z wieloma-dostawcami i sprawdzony model operacyjny, dzięki czemu będą nadal obsługiwać większość aplikacji w centrach danych, przedsiębiorstwach, telekomunikacji i chmurze.Gotowe do wdrożenia produkty CPO pojawiły się dopiero w 2025 r, a pierwsze wdrożenia-z możliwością skalowania w poziomie spodziewane są w 2026 r. na platformach przełączników nowej-generacji.
Wyraźniejszy obraz to ekosystem warstwowy. Wymienna optyka pozostaje głównym nurtem. LPO służy jako mostek-niższej mocy, utrzymujący model z możliwością podłączenia. CPO staje się centralnym miejscem, gdzie przepustowość, moc i gęstość przekraczają możliwości optyki-panelu przedniego, które w największym stopniu mogą zdziałać- w przypadku skalowalnych-struktur AI, gdzie ma być głównym czynnikiem wzrostu przepustowości w drugiej połowie tej dekady. Przyszłość to nie jedna zwycięska architektura; każdy z nich jest dostosowany do innej wydajności, kosztów i wymagań operacyjnych.
Często zadawane pytania
P: Co oznacza CPO?
O: CPO to skrót od Co-Packaged Optics, czyli architektury, która umieszcza silniki optyczne blisko układu ASIC przełącznika lub procesora, a nie na panelu przednim.
P: Czy CPO to to samo, co fotonika krzemowa?
O: Nie. Fotonika krzemowa to platforma produkcyjna do budowy fotonicznych układów scalonych. CPO to architektura systemu, która może wykorzystywać fotonikę krzemową jako technologię wspomagającą.
P: Jaka jest różnica między CPO a LPO?
Odp.: LPO zachowuje format modułu wtykowego, ale usuwa wbudowany procesor DSP, aby zmniejszyć moc i opóźnienia, co zazwyczaj pozwala zaoszczędzić od 30 do 50% w porównaniu z wtykami opartymi na DSP-. CPO przenosi silnik optyczny na podłoże ASIC i zasadniczo zmienia architekturę systemu.
P: Czy CPO faktycznie zmniejsza zużycie energii?
Odp.: Znacząco zmniejsza energię na bit - z około 15 pJ/bit dla urządzeń wtykowych do docelowej wartości 5 pJ/bit - poprzez eliminację długich ścieżek elektrycznych i retimerów DSP. Zwróć uwagę na niuans: CPO jest wydajny na bit, ale z natury nie jest składnikiem-o małej mocy, ponieważ lasery i rezonatory pierścieniowe nadal pobierają energię, w tym do kontroli termicznej.
P: Jaką rolę odgrywa fotonika krzemowa w CPO?
Odp.: Fotonika krzemowa zapewnia zintegrowane silniki optyczne stanowiące serce większości projektów CPO. Układanie matrycy elektronicznej na matrycy fotonicznej - tak jak w procesie COUPE firmy TSMC - pozwala silnikowi optycznemu osadzić się na podłożu przełącznika.
P: Jakie są główne bariery w przyjęciu CPO?
Odp.: Zarządzanie temperaturą obok gorącego układu ASIC, złożoność pakowania i wydajności, zmniejszona użyteczność w terenie i większy promień wybuchu oraz dojrzałość ekosystemu i standardów. Żadne z nich nie dotyczy przede wszystkim wydajności optycznej.
P: Czy CPO jest już dostępny na rynku?
O: Produkty-gotowe do wdrożenia pojawiły się w 2025 r., a ich kamienie milowe w zakresie niezawodności to jeden-milion-łącz-testów firmy Broadcom z Meta. Pierwsze wdrożenia w skali-skalowej spodziewane są w 2026 r., ale powszechne przyjęcie będzie stopniowe i nierówne.
P: Czy korporacyjne centra danych powinny teraz zwracać uwagę na CPO?
Odpowiedź: W przypadku większości przedsiębiorstw nie jest to natychmiastowy zakup. Warto to zrozumieć jako sygnał wejściowy planu działania, ale wymienna optyka - i LPO dla-krótkiego zasięgu wrażliwego na moc - pozostają lepiej dopasowane, dopóki przepustowość, moc lub gęstość rzeczywiście nie wymuszą zmiany.
Wniosek
Co-pakietowana optyka to jedna z najbardziej znaczących zmian w architekturze-szybkich sieci w centrach danych. Przenosząc konwersję optyczną na podłoże przełącznika, zmniejsza on energię na bit w kierunku 5 pJ/bit, zwiększa gęstość pasma powyżej{{4}sufitu panelu przedniego i umożliwia sieciom AI i HPC możliwość skalowania powyżej 800 G i 1,6 T. Dowody przesunęły się z oprogramowania slajdów do produktów wysyłkowych i rzeczywistych danych dotyczących niezawodności.
Jednak CPO nie oznacza-zastąpienia wymiennej optyki. Zamienia problemy-zasięgu elektrycznego na problemy związane z pakowaniem, termicznym,-zarządzaniem światłowodami i operacyjnymi - oraz zawęża dźwignię zakupową, do której przyzwyczajeni są operatorzy. W przypadku większości zespołów właściwa postawa jest wielowarstwowa: trzymaj dojrzałą, wymienną optykę tam, gdzie pasuje, używaj LPO w przypadku małych-mocy na krótkich dystansach i śledź CPO w przypadku sztucznej inteligencji i struktur HPC nowej-o wysokiej{8}}wysokiej gęstości, zwłaszcza-w przypadku skalowania w górę. Kluczowa zmiana mentalności jest prosta: CPO nie jest decyzją o zakupie modułu, jest to decyzja-architektury systemu przełącznika- i na tej podstawie jest już uwzględniana w każdej poważnej rozmowie dotyczącej planu działania sieci AI.
