Vue d'Ensemble de l'Optique Co-emballée (CPO)

Dans la transmission de données à grande vitesse, les systèmes en cuivre entraînent une dégradation et une distorsion du signal, qui s'accentuent avec l'augmentation de la longueur du circuit. Néanmoins, les récents développements dans le domaine de la photonique du silicium et l'émergence de l'optique co-emballée , ou "co-package" (CPO), pour une nouvelle génération de puces permettent aux concepteurs d'intégrer directement différentes puces sur un matériau de base commun, ce qui permet d'économiser de l'énergie et d'élargir la bande passante. Dans cet article, nous examinerons en détail les optiques co-emballées et leurs perspectives d'évolution.

Qu'est-ce que l'Optique Co-emballée ?

L'optique co-emballée est une technologie innovante qui permet l'intégration de composants optiques directement dans un boîtier ASIC de commutateur (illustré dans la figure ci-dessous) visant à relever les défis de la prochaine génération en matière de largeur de bande et de puissance.

En ce qui concerne la qualité de la transmission, le CPO résout le problème de la surcharge du nombre de modules optiques après une puissance de calcul très élevée, et le moteur optique est déplacé près de la puce de commutation afin de réduire la distance de transmission et d'améliorer la qualité de la transmission des signaux électriques à grande vitesse.

Outre la technologie CPO, la technologie LPO est également un concurrent dans la transformation de l'interconnexion optique des centres de données. Si vous souhaitez en savoir plus sur le LPO et le CPO, vous pouvez lire cet article : LPO vs CPO : Quelle Technologie Dominera les Interconnexions Optiques des Centres de Données ?

Trois Innovations Majeures des Systèmes Optiques Co-emballés

1. Économie d'Énergie en Supprimant un Niveau de DSP

L'augmentation de la vitesse et de la densité des commutateurs de réseau a entraîné une augmentation du pourcentage de la puissance du système consommée par les émetteurs-récepteurs optiques enfichables sur les panneaux frontaux. À des vitesses de 25G/lane et plus, la nécessité d'utiliser des retimers actifs sur DSP a augmenté la consommation d'énergie du système. C'est pourquoi la technologie CPO rapproche suffisamment l'optique des ASIC de commutation pour permettre la suppression d'un niveau de DSP supplémentaire (voir la figure ci-dessous).

2. Diminution des Taux de Défaillance en Éloignant les Lasers de l'ASIC

Dans les dispositifs optiques enfichables traditionnels, tous les sous-composants sont situés à l'intérieur du module enfichable. Cependant, comme les dispositifs optiques se rapprochent des ASIC (Application-Specific Integrated Circuits), les taux de défaillance augmentent lorsque les lasers sont placés dans des environnements plus chauds (par exemple à proximité d'un ASIC de commutation très chaud).

Par conséquent, le fait d'éloigner les lasers de l'ASIC haute puissance pour les placer dans des endroits plus frais à l'intérieur du châssis du système permet de générer une puissance optique plus efficace et de réduire la puissance du système sans composants actifs tels qu'un refroidisseur thermoélectrique (TEC).

3. Amélioration de l'Efficacité grâce à la Photonique au Silicium

Pour placer les composants optiques à proximité de la matrice de silicium de l'ASIC de commutation, une miniaturisation de deux ordres de magnitude (plus de 100x) est nécessaire par rapport aux modules enfichables existants. Par conséquent, avec la plateforme Silicon Photonics, des circuits intégrés distincts tels que le TIA, le pilote, le modulateur et le mux/demux peuvent être combinés sur un seul circuit intégré pour améliorer l'efficacité.

Grâce à ces innovations, la puissance requise pour connecter l'ASIC du commutateur aux optiques enfichables du panneau avant peut être réduite jusqu'à 50 %, et la réduction totale de la puissance fixe du système peut atteindre 25 à 30 %.

Quels sont les Principaux Avantages des Systèmes Optiques Co-emballés ?

L'optique co-emballée (CPO) offre une série d'avantages par rapport aux approches traditionnelles de la communication optique. Examinons ces avantages plus en détail :

Facteur de Forme Compact pour une plus Grande Densité de Bande Passante

En intégrant les composants optiques dans le même boîtier que le circuit intégré électronique, l'optique CPO élimine la nécessité de modules optiques externes complexes et de grande taille. Il en résulte une plus grande densité de bande passante, ce qui optimise l'utilisation de l'espace dans les centres de données et autres systèmes.

Consommation d'Énergie et Latence Réduites

Dans les systèmes de communication optique conventionnels, les connexions électriques entre le circuit intégré électronique (IC) et les composants optiques entraînent une forte consommation d'énergie. Dans ce cas, le CPO offre une solution en intégrant les composants optiques directement dans le même boîtier que le circuit intégré électronique, réduisant ainsi la nécessité de connexions électriques sur de longues distances. Cette intégration réduit considérablement la consommation d'énergie et le temps de latence, ce qui se traduit par un transfert de données plus économe en énergie.

Intégrité du Signal Améliorée

Les systèmes optiques co-emballés offrent une intégrité du signal supérieure à celle des systèmes de communication optique conventionnels. Grâce à la réduction des connexions électriques et des conversions de signaux, le CPO atténue les risques de dégradation et d'interférence des signaux. Cela permet d'améliorer la qualité de la transmission des données, de réduire les taux d'erreur et d'améliorer la fiabilité du système. En outre, l'intégration de composants optiques dans le même boîtier réduit la sensibilité au bruit externe et aux interférences électromagnétiques, ce qui améliore encore l'intégrité du signal dans son ensemble.

Optique Co-emballée : Perspectives et Défis

Malgré ses nombreux avantages, la technologie de l'optique co-emballée est également confrontée à des défis.

Gestion Thermique : L'intégration de composants optiques dans le même boîtier que le circuit intégré électronique peut entraîner une augmentation de la production de chaleur.

Consommation d'Énergie: Avec l'augmentation des débits de données et des besoins en bande passante, la réduction de la consommation d'énergie sans affecter les performances est également un défi.

Amélioration du Taux de Rendement : L'intégration de composants optiques dans un même boîtier rend le processus de fabrication encore plus complexe. Pour atteindre des taux de rendement élevés, il est nécessaire de mettre en œuvre des mesures rigoureuses de contrôle de la qualité, des techniques d'alignement précises et des technologies de packaging robustes.

Coût : Actuellement, les solutions optiques co-emballées peuvent être plus coûteuses que les solutions de communication optique traditionnelles.

Avec l'augmentation continue des débits de données, la technologie CPO peut facilement s'adapter à des vitesses plus élevées en utilisant les progrès de la conception et de la fabrication des composants optiques. L'intégration des composants optiques dans un même boîtier simplifie les mises à niveau des systèmes et permet une intégration transparente avec les technologies émergentes. Cette évolutivité et cette capacité d'adaptation à l'avenir font de la technologie CPO une solution pratique pour les industries dont les besoins en matière de transmission de données ne cessent d'évoluer.

Alors que nous nous dirigeons vers le futur des interconnexions de centres de données, nous assistons à la montée en puissance de deux tendances prometteuses : L'optique parallèle à grande échelle (LPO) et l'optique copackagée (CPO). Ces solutions innovantes présentent un immense potentiel. Cependant, au milieu de cette évolution, il est important de reconnaître que les modules optiques enfichables continuent de servir d'épine dorsale à nos normes actuelles. FS propose actuellement des modules optiques 800G efficaces et fiables, conçus pour répondre à la demande croissante de transmission de données. Ces modules prennent en charge deux protocoles courants, notamment Ethernet et InfiniBand, offrant ainsi des solutions à large bande passante et à grande capacité pour divers scénarios d'application tels que les centres de données, l'informatique en nuage et les réseaux à très grande échelle. Les modules optiques 800G de FS sont testés avec des équipements spécialisés et sont certifiés par de nombreux organismes internationaux, ce qui garantit leur qualité et leur fiabilité et permet de répondre aux besoins des clients en matière de connexions de réseau à haute performance.