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CPO vs LPO : Quel Avenir pour l'Interconnexion Optique des Centres de Données ?

Publié le 26 mars, 2024 by
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Alors que la vague de HPC catalyse la demande de puissance de calcul, la consommation d'énergie des équipements de communication optique augmente, ce qui exerce également une pression énorme sur la consommation d'énergie et les coûts de l'ensemble du centre de données. Il est urgent de réduire la consommation et les coûts d'énergie, et Des solutions CPO/LPO émergent.

L'émergence du CPO/LPO est rapidement devenue deux mots chauds dans l'industrie des modules optiques, et les grands fabricants ont accéléré leur déploiement de solutions correspondantes.

Qu’est-ce que le CPO ?

CPO (Co-Packaged Optics) fait référence à un co-package optoélectronique qui regroupe le moteur optique et la puce de commutation. Il n'utilise pas de modules optiques enfichables. Cette méthode peut accélérer le déplacement des signaux électriques entre le moteur et la puce. La transmission raccourcit la distance entre le moteur optique et la puce de commutation, réduit efficacement la taille, réduit la consommation d'énergie et améliore l'efficacité.

LightCounting a déclaré dans son rapport de décembre 2022 que la demande de vitesse du réseau de HPC est plus de 10 fois supérieure au niveau actuel. Dans ce contexte, CPO devrait réduire de 50 % la consommation d'énergie de l'architecture de module optique enfichable existante, ce qui résoudra efficacement le problème. Scénarios de transmission d'interconnexion à haut débit et à haute densité.

Qu'est-ce que le LPO ?

Le Module LPO (linear drive pluggable optics), soit le module optique enfichable à entraînement linéaire.

Le soi-disant « entraînement linéaire » fait référence à l'utilisation de la technologie d'entraînement direct linéaire pour supprimer la puce traditionnelle DSP (traitement du signal numérique)/CDR (récupération de données d'horloge) pour Réaliser Le système présente les avantages d'une consommation d'énergie inférieure et d'une latence plus faible, mais le taux d'erreur sur les bits du système et la distance de transmission sont sacrifiés. Cette technologie convient aux scénarios de transmission à courte distance tels que les centres de données.

Les modules optiques traditionnels utilisent des puces DSP pour traiter les signaux à grande vitesse afin d'obtenir de faibles taux d'erreur sur les bits, mais la consommation d'énergie est importante. En prenant le module optique 400G comme exemple, la consommation d'énergie du DSP 7 nm utilisé est d'environ 4W, ce qui représente 10 % de la consommation électrique de l'ensemble du module, 50%.

CPO VS LPO

CPO VS LPO

Avantages de la Co-packaging Optoélectronique CPO

  • Intégrité du Signal : réduit considérablement la distance de transmission du signal électrique à l'extrémité de la carte et réduit la compensation du signal, rendant le PCB plus flexible.

  • Petite Taille et Haute Intégration : par rapport à la méthode traditionnelle de conditionnement séparé des modules optiques et des puces électroniques, la technologie de co-packaging optoélectronique peut atteindre une taille plus compacte, ce qui est bénéfique pour les applications dans les circuits intégrés haute densité.

  • Faible Consommation d'Énergie et Faible Latence : le processus CMOS réalise moins de consommation d'énergie lors de l'intégration d'appareils électriques et d'appareils optiques, et offre de meilleures performances de consommation d'énergie que le LPO. Étant donné que le module optique et la puce électronique sont dans le même boîtier, le chemin de transmission du signal est plus court et une latence plus faible peut être obtenue.

Avantages de la Technologie LPO

  • Remplaçable à Chaud et Facile à Entretenir : par rapport au CPO, le LPO ne modifie pas de manière significative la forme d'emballage du module optique. Si un composant CPO tombe en panne, l'ensemble du commutateur doit être démonté, ce qui rend la maintenance très gênante. L'emballage du LPO n'a pas changé et il prend en charge le remplacement à chaud, ce qui le rend plus pratique à utiliser.

  • Faible Latence : étant donné que le DSP n'est plus utilisé et que la récupération du signal n'est pas impliquée, la latence de l'ensemble du système est considérablement réduite et peut être appliquée à des scénarios avec des exigences de latence relativement élevées, comme l'interconnexion entre GPU en haute performance. centres de calcul (HPC).

  • Faible Consommation d'Énergie et Faible Coût : sans DSP, la consommation d'énergie et le coût sont réduits. Le DSP est également une technologie maîtrisée par quelques constructeurs comme Broadcom et Inphi. La suppression du DSP réduit également dans une certaine mesure la dépendance à l’égard de quelques fabricants.

Différences Morphologiques

LPO met l'accent sur « enfichable ». L'apparence est toujours un module optique enfichable, mais la puce DSP du module est supprimée. Dans la solution CPO, les modules optiques ne sont pas enfichables. Le module optique a été déplacé vers une position proche de la puce de commutation et directement « attaché » ensemble à l’intérieur du commutateur.

Les Perspectives et Enjeux de Développement du CPO

Les Perspectives de Développement du CPO

Le développement du CPO en est actuellement à ses balbutiements et l’espace de marché futur est vaste. Le CPO fournit une orientation pour augmenter encore la densité de l'interconnexion optique et devrait être progressivement commercialisé à 100T+. LightCounting estime que les expéditions de CPO devraient commencer avec des ports 800G et 1,6T, qui seront commercialisés de 2024 à 2025, et augmenteront de 2026 à 2027.

Ils seront principalement utilisés dans des scénarios de communication de données à courte distance d'ultra- grands fournisseurs de services cloud. Le CIR s’attend à ce que les revenus du marché de l’optique co-packagée atteignent 5,4 milliards de dollars d’ici 2027.

Les Défis Auxquels sont Confrontés les CPO

Le parcours technologique du CPO présente encore des défis en termes de maturité et de demande. Les solutions enfichables traditionnelles ont fait preuve d'une forte vitalité et devraient continuer à dominer le marché, tandis que le CPO (Co-Packaged Optics) mettra plus de temps à devenir un choix courant.

En termes d'urgence, la demande de CPO à l'ère des modules optiques 3,2T est relativement élevée, mais il existe actuellement des solutions grand public 8*200G relativement matures qui répondent aux besoins de l'industrie à l'ère 1,6T.

Le CPO rencontre également quelques défis en termes de modèle économique. CPO a des exigences élevées en matière de réserves technologiques en photonique sur silicium et, comme le processus ne peut être séparé, il est susceptible d'être dominé par les fabricants de puces de commutation. Les changements dans la chaîne industrielle peuvent affecter l’avancement de l’application de la technologie CPO. Le modèle économique de CPO est donc confronté à certaines incertitudes.

Dans l’ensemble, les solutions enfichables traditionnelles fonctionnent bien en termes de maturité technologique et de demande du marché, tandis que le CPO, en tant que technologie émergente, a encore besoin de temps pour devenir un choix courant et est confronté à certains défis en termes de modèles commerciaux.

Les Perspectives et Enjeux de Développement de la LPO

Les Perspectives de Développement de la LPO

En tant que nouvelle technologie, le LPO devrait être produit en masse d'ici la fin de 2024. Actuellement, les principaux fabricants ont lancé des produits connexes. De grands fournisseurs tels que Macom, Semtech et Maxim, ainsi que Broadcom, promeuvent également la recherche et le développement de produits connexes. des produits. Les experts estiment que les fournisseurs de cloud nord-américains développent activement leurs ressources informatiques et qu'à l'avenir, Microsoft, Meta, AWS et Google pourraient progressivement accepter la solution LPO.

Les Défis auxquels sont Confrontées les LPO

La solution LPO nécessite une coordination avec les commutateurs, ce qui impose des exigences plus élevées aux fabricants de modules optiques en amont et en aval de la chaîne industrielle. En termes de distance de communication, la suppression du DSP peut entraîner une augmentation du taux d'erreur sur les bits du système, limitant ainsi la distance de transmission.

La standardisation du LPO en est encore à ses débuts, il peut y avoir des problèmes d'interconnexion et il convient aux systèmes plus fermés et à fournisseur unique. Pour la conception de canaux électriques, les LPO pourraient être confrontés au défi de ne pas répondre aux futures spécifications à grande vitesse.

En résumé, la solution LPO présente certaines limites en termes de coordination, de distance de transmission, de standardisation et de conception des canaux électriques.

Conclusion

Bref, CPO et LPO, en tant que solutions émergentes dans le domaine de l'interconnexion optique, ont chacune leurs propres avantages et scénarios d'application. Ils joueront un rôle important dans les futures interconnexions optiques des centres de données.

Cependant, son développement en est encore à ses balbutiements et se heurte à des défis en matière de standardisation, de coût, de processus de fabrication et d’innovation technologique. Ce n'est que grâce à la coopération industrielle et à l'innovation continue que le développement ultérieur du CPO et du LPO pourra être réalisé, leur permettant de véritablement dominer le domaine de l'interconnexion optique des futurs centres de données.

À mesure que la technologie continue de progresser et que la demande continue de croître, CPO et LPO devraient apporter des solutions d'interconnexion optiques plus efficaces, fiables et innovantes aux centres de données et promouvoir le développement de l'ère numérique.

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