Evolução e progresso do CPOoptoeletrônicotecnologia de co-embalagem
A co-embalagem optoeletrônica não é uma tecnologia nova; seu desenvolvimento remonta à década de 1960, mas, naquela época, a co-embalagem fotoelétrica era apenas uma simples embalagem dedispositivos optoeletrônicosjuntos. Na década de 1990, com a ascensão domódulo de comunicação ópticaNa indústria, a co-embalagem fotoelétrica começou a emergir. Com a explosão da demanda por alta capacidade de computação e alta largura de banda neste ano, a co-embalagem fotoelétrica e suas tecnologias relacionadas voltaram a receber muita atenção.
No desenvolvimento da tecnologia, cada etapa também apresenta formas diferentes, desde o CPO 2.5D correspondente à demanda de 20/50 Tb/s, até o CPO 2.5D Chiplet correspondente à demanda de 50/100 Tb/s e, finalmente, a implementação do CPO 3D correspondente à taxa de 100 Tb/s.
O pacote 2.5D CPO incluimódulo ópticoe o chip de comutação de rede no mesmo substrato para encurtar a distância entre as linhas e aumentar a densidade de E/S, e o CPO 3D conecta diretamente o CI óptico à camada intermediária para alcançar uma interconexão com espaçamento entre E/S inferior a 50 µm. O objetivo de sua evolução é muito claro: reduzir ao máximo a distância entre o módulo de conversão fotoelétrica e o chip de comutação de rede.
Atualmente, a tecnologia CPO ainda está em seus estágios iniciais, apresentando problemas como baixo rendimento e altos custos de manutenção, e poucos fabricantes no mercado conseguem fornecer produtos totalmente proprietários relacionados à CPO. Apenas a Broadcom, a Marvell, a Intel e algumas outras empresas possuem soluções totalmente proprietárias disponíveis no mercado.
No ano passado, a Marvell apresentou um switch com tecnologia CPO 2.5D utilizando o processo VIA-LAST. Após o processamento do chip óptico de silício, o TSV é processado com a capacidade de processamento da OSAT, e então o flip-chip do chip elétrico é adicionado ao chip óptico de silício. Dezesseis módulos ópticos e o chip de comutação Marvell Teralynx7 são interconectados na placa de circuito impresso (PCB) para formar um switch, que pode atingir uma taxa de comutação de 12,8 Tbps.
Na OFC deste ano, a Broadcom e a Marvell também demonstraram a mais recente geração de chips de comutação de 51,2 Tbps usando tecnologia de co-embalagem optoeletrônica.
De acordo com os detalhes técnicos da mais recente geração de CPO da Broadcom, o encapsulamento 3D do CPO, por meio do aprimoramento do processo, permite alcançar uma maior densidade de E/S. O consumo de energia do CPO é de 5,5 W/800 Gbps, apresentando uma excelente relação custo-benefício e ótimo desempenho. Ao mesmo tempo, a Broadcom também está inovando ao lançar um CPO de onda única de 200 Gbps e 102,4 T.
A Cisco também aumentou seus investimentos em tecnologia CPO e fez uma demonstração do produto CPO na OFC deste ano, mostrando seu acúmulo de tecnologia CPO e sua aplicação em um multiplexador/demultiplexador mais integrado. A Cisco afirmou que realizará uma implantação piloto de CPO em switches de 51,2 Tb, seguida por uma adoção em larga escala em switches de 102,4 Tb.
A Intel já introduziu switches baseados em CPO há algum tempo e, nos últimos anos, continuou a trabalhar com a Ayar Labs para explorar soluções de interconexão de sinal de maior largura de banda em embalagem conjunta, abrindo caminho para a produção em massa de dispositivos de interconexão óptica e embalagem conjunta optoeletrônica.
Embora os módulos plugáveis ainda sejam a primeira opção, a melhoria geral na eficiência energética que o CPO (Central Power Packaging) pode proporcionar tem atraído cada vez mais fabricantes. De acordo com a LightCounting, as remessas de CPO começarão a aumentar significativamente a partir de portas 800G e 1,6T, tornando-se gradualmente disponíveis comercialmente entre 2024 e 2025 e atingindo um volume em larga escala entre 2026 e 2027. Ao mesmo tempo, a CIR prevê que a receita do mercado de embalagens fotoelétricas atingirá US$ 5,4 bilhões em 2027.
No início deste ano, a TSMC anunciou que unirá forças com a Broadcom, a Nvidia e outros grandes clientes para desenvolver em conjunto tecnologia de fotônica de silício, componentes ópticos de encapsulamento comum (CPO) e outros novos produtos, além de tecnologia de processo de 45 nm para 7 nm. A empresa afirmou que começará a atender grandes encomendas no segundo semestre do próximo ano e que atingirá a produção em larga escala por volta de 2025.
Como um campo tecnológico interdisciplinar que envolve dispositivos fotônicos, circuitos integrados, encapsulamento, modelagem e simulação, a tecnologia CPO reflete as mudanças trazidas pela fusão optoeletrônica, e as mudanças que ela trouxe para a transmissão de dados são, sem dúvida, revolucionárias. Embora a aplicação da CPO possa ter sido vista apenas em grandes centros de dados por um longo período, com a expansão contínua da capacidade computacional e das exigências de alta largura de banda, a tecnologia de co-selamento fotoelétrico CPO tornou-se um novo campo de atuação.
É possível observar que os fabricantes que atuam no setor de CPO (Co-Package Optoeletrônico) geralmente acreditam que 2025 será um nó crucial, com uma taxa de transferência de 102,4 Tbps, e que as desvantagens dos módulos plugáveis serão ainda mais acentuadas. Embora as aplicações de CPO possam ser lentas, o co-packaging optoeletrônico é, sem dúvida, a única maneira de alcançar redes de alta velocidade, alta largura de banda e baixo consumo de energia.
Data da publicação: 02/04/2024