2025 GTC 焦點之 CPO 交換器

與 Hopper 相比, Blackwell 的性能提高了 68 倍. Rubin 的效能比 Hopper 提高了 900 倍. 就 TCO (總擁有成本) 而言, Hopper 的基準為 1 倍:  Blackwell 將 TCO 降低至 0.13 倍. Rubin 將 TCO 降低至 0.03 倍. Rubin 推出了全球第一個 1.6T CPO 系統, 採用微環諧振器調變技術. 與大型資料中心傳統的可插拔光模組相比, 其功耗明顯降低, 節省了大量的能源.

Rubin 之後的下一代產品被命名為 Feynman. 它將採用世界上第一個使用微環諧振器調製 (MRM) 技術的 1.6T CPO 系統, 與大型數據中心使用的傳統可插拔光模組相比, 它具有兆瓦級的功耗, 可節省大量電力和能源. CPO 主要與 TSMC 合作, 今年將推出採用 Hybrid Bonding 技術結合的 PIC 與 EIC 矽光晶片, 目前光通訊市場仍由 AVGO 主導.

CPO 交換器有望量產加速. Quantum 3400 X800 量產節奏預期: 該款產品為 Infiniband (IB) 交換器,該款傳統統可插拔光模組版本已進入量產階段, CPO 版本將於2025 年第三季度開始量產. 台積電與博通在 3nm 工藝上的 CPO 關鍵技術微環調制器調試成功, 預計 2025 年初可以交付樣品, 並有望在下半年實現 1.6Tbps 光電器件的量產.

隨著 AI 集群不斷擴大, Scale-Out 在克服頻寬限制方面發揮著至關重要的作用. 為了突破數據傳輸效率的界限, 技術進步至關重要, 這就是矽光子發揮作用的地方. CPO 的目標是透過先進的封裝技術實現電光整合, 這種方法將光學元件直接整合在交換器封裝內, 顯著降低了功耗, 延遲和頻寬限制.

Quantum 3400 X800配置 4 顆 28.8T交換晶片, 交換能力為115.2T. 4 顆交換晶片互相不通信, 採用多平面技術 (multi-plane topology), 單晶片共計需要 9 個光引擎, 單交換機配備需要4*9=36個光引擎. 外接信號布局為六排, 每排配備 24 個 MPO 接線口, 則共計144個 800G 接口, 最新的 Q3400 可支持液冷.

Quantum 3400 CPO 總交換容量為 115.2T; 4×28.8T交換晶片, 每個 28.8T 交換晶片由 6 個晶片組組成. 每個晶片由 3 個小晶片組成, 每個小晶片的交換容量為 1.6T, 最終計算: 每晶片1.6T × 3 × 6 = 28.8T. 光學引擎整合: 封裝周圍有 9×3.2T 光學引擎, 每個光學引擎透過 FAU 連接到光纖, 每個光學引擎有 32 個光波導通道, 每個通道與一根光纖 (100G) 耦合.

借助 CPO, 光收發器現在已被外部雷射光源 (ELS) 所取代, 並與直接放置在晶片矽片旁的光學引擎 (OE) 一起促進數據通訊. 光纖電纜現在不再插入收發器端口, 而是插入交換器上的端口, 將訊號直接傳送到光學引擎. CPO 的主要優勢在於顯著降低了功耗, 可以節省大量成本, 因為不再需要數位訊號處理器 (DSP), 而且可以使用低功率雷射光源.

使用線性可插拔光纖 (LPO) 收發器也可以實現這種節省, 但 CPO 還允許使用更大的交換基數, 從而使網絡扁平化一層, 允許集群通過使用 CPO 擁有兩層網絡, 而不是通過使用 DSP 收發器擁有三層網絡. 這意味著消除一整層和一組交換機, 並享受相關成本和電力節省的好處,這幾乎與收發器在電力方面的節省一樣重要.

光引擎的光波導直接在晶片上採用 CMOS 長出微透鏡, 使得光耦合精度的容差容限放寬, 從而實現了類似可插拔特性. 預測產業鏈分工: TSMC 負責矽光晶片和 3D 系統集成, 康寧提供 Fiber Shuffer, Coherent 和 Lumentum 負責光源雷射, Fabrinet 負責 pluggable 光源模組, 天孚通信負責 FAU, SENKO 負責 MPO, 工業富聯負責整機 OEM.

關於 FAU (光纖陣列單元), 這是提高產量的關鍵因素, 據 WT 研究, 與上詮相比, 波若威具有更強的地位, 據 WT Research 稱, 後者尚未在市場上廣泛採用. 儘管 EC (Edge Coupling)  是一種很有前途的方法, 但成功的大規模生產仍然是先決條件. 在短期內, GC (Grating Coupling) 仍然是更實用的解決方案. 據 WT 研究, 上詮有送樣驗證, 但並沒有結果?!