Технология ко-пакетированной оптики (CPO)

Экспоненциальный рост задач искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения обуславливает смену парадигмы в инфраструктуре центров обработки данных по всему миру. В то время как традиционные медные межсоединения с трудом справляются с потребностями массивных кластеров графических процессоров, технология Co-Packaged Optics (CPO) стала революционной технологией, предлагающей беспрецедентную пропускную способность, сниженную задержку и значительную экономию энергии. Недавние прорывы в проектировании, производстве и коммерциализации CPO готовы переосмыслить будущее высокопроизводительных вычислений и центров обработки данных на базе ИИ по всему миру.  

Расцвет технологии CPO

CPO представляет собой передовую технологию корпусирования, которая позволяет интегрировать оптические модули непосредственно с коммутационными или вычислительными микросхемами (ASIC) в одном корпусе, устраняя необходимость в традиционных сменных оптических модулях. Сокращая расстояние между электрическими и оптическими компонентами, CPO минимизирует потери сигнала, снижает энергопотребление на 30–50% и обеспечивает более высокую скорость передачи данных — от 1,6 до 3,2 Тбит/с на порт. Это нововведение критически важно для кластеров искусственного интеллекта, где тысячам графических процессоров требуется связь с малой задержкой и высокой пропускной способностью, что позволяет снизить задержку до 60% благодаря сокращению электрических цепей.  

Недавние технологические прорывы

Область кремниевой фотоники лежит в основе последних достижений в области CPO. Такие мировые лидеры отрасли, как Broadcom, NVIDIA и TSMC, добились значительных успехов в интеграции кремниевых оптических устройств с вычислительными чипами, используя технологии 2.5D и 3D корпусирования. Например, платформа CPO третьего поколения Broadcom достигает скорости 200 Гбит/с на канал благодаря кремниевой фотонике и 2.5D интеграции, удваивая производительность предыдущего поколения и снижая энергопотребление вдвое. Коммутатор NVIDIA Quantum-X InfiniBand, использующий технологию COUPE от TSMC, поддерживает 144 порта по 800 Гбит/с каждый, обеспечивая суммарную пропускную способность 115 Тбит/с. Этот коммутатор также оснащен жидкостным охлаждением для управления тепловыми нагрузками, превышающими 1 кВт/см².  

Инновации в лазерной генерации и волоконно-оптических соединениях также способствуют прогрессу. Системы CPO используют внешние лазерные источники для обеспечения стабильности и упрощения обслуживания. Волокно, сохраняющее поляризацию, играет здесь решающую роль, сохраняя целостность сигнала за счет поддержания состояний поляризации лазера на больших расстояниях. Такие компании, как Sterlite Technologies Inc. (STI), разработали специализированные варианты волокон, предназначенные для CPO, включая устойчивые к изгибам волокна для плотной, сложной маршрутизации внутри коммутаторов.  

Решения по управлению волокнами с высокой плотностью необходимы коммутаторам CPO для управления тысячами соединений. Волоконные тасовочные коробки и разъемы MPO/MTP в настоящее время используются для эффективной организации волоконно-оптических массивов. Например, для одного коммутатора CPO 51,2 T может потребоваться более 1152 волокон, управляемых с помощью 72-волоконных разъемов MPO для уменьшения загромождения передней панели. Гибкие оптические объединительные платы позволяют настраивать маршрутизацию волокон, увеличивая плотность портов в 20 раз по сравнению с традиционными коммутационными панелями.  

Внедрение в промышленность и коммерциализация

Рынок CPO переходит от лабораторных исследований к масштабному развертыванию, чему способствуют технологические гиганты и поставщики облачных услуг. NVIDIA планирует выпустить коммутаторы Quantum-X InfiniBand и Spectrum-X Ethernet на базе CPO в 2026 году, ориентированные на центры обработки данных с искусственным интеллектом. Broadcom совместно с Delta Electronics и Foxconn разрабатывает компактные коммутаторы CPO с жидкостным охлаждением, снижающие энергопотребление системы на 40%. Другие ключевые игроки, такие как MACOM, разрабатывают оптические модули CPO для приложений 1,6/3,2 Тбит/с, а коммерческие образцы ожидаются к 2026 году. 

Перспективы рынка и прогнозы

Согласно отраслевому анализу, ожидается экспоненциальный рост поставок CPO, и к 2029 году количество портов 3,2 Т превысит 10 миллионов единиц. Этот рост обусловлен расширением возможностей искусственного интеллекта, поскольку гипермасштабные центры обработки данных требуют от CPO поддержки кластеров из миллиона графических процессоров. Требования к энергоэффективности также способствуют внедрению CPO, поскольку энергосбережение, обеспечиваемое CPO, соответствует глобальным целям устойчивого развития, что потенциально снижает коэффициент энергоэффективности (PUE) центров обработки данных ниже 1,1. Снижение затрат — ещё один фактор: повышение производительности производства делает CPO более доступным.  

Проблемы и будущие направления

Несмотря на свои обещания, CPO сталкивается с такими трудностями, как управление температурой для мощных специализированных интегральных схем (ASIC) и оптических компонентов, требующими передовых систем охлаждения, таких как жидкостное охлаждение. Отраслевые консорциумы, такие как OIF и CCITA, стремятся разработать стандарты совместимости CPO. Техническое обслуживание представляет собой ещё одну проблему, поскольку интегрированная конструкция CPO усложняет замену компонентов, что требует инноваций, таких как съёмные оптические модули. Дальнейшие разработки будут направлены на достижение скорости 400 Гбит/с на канал к 2026 году, использование лазеров в одном корпусе для большей интеграции и оптический ввод/вывод для связи между кристаллами.  

Почему это важно для мировой промышленности

CPO — это не просто поэтапная модернизация, а фундаментальный архитектурный сдвиг для центров обработки данных. Он обеспечивает устойчивый рост ИИ за счёт снижения энергопотребления, поддерживает экономическую эффективность за счёт снижения эксплуатационных расходов и позволяет компаниям, инвестирующим в CPO сегодня, стать лидерами следующей волны компьютерных инноваций. Эта технология имеет решающее значение для сохранения конкурентного преимущества в быстро меняющемся цифровом мире. 

Будущее, основанное на CPO

Технология CPO станет основой центров обработки данных на базе искусственного интеллекта, обеспечивая непревзойденную производительность и эффективность. Благодаря ускорению коммерциализации лидерами отрасли и внедрению региональными игроками инноваций в области материалов и упаковки, CPO готова переопределить границы высокоскоростного подключения. По мере приближения к 2026–2027 годам, эпоха повсеместного внедрения CPO ознаменует начало новой эры вычислительной мощности и устойчивого развития. Для компаний и инвесторов понимание траектории развития CPO крайне важно для использования возможностей инфраструктуры искусственного интеллекта, облачных сервисов и полупроводниковых экосистем.