Co-Packaged Optics技術在資料中心的發展路徑與技術解析
摘要
近期GB200晶片與載板過熱的消息頻出，有系統廠反應是因內部銅纜線路複雜造成液冷散熱難以規劃與組裝導致，而近幾個月CPO技術又因為在SEMICOM 2024展上宣布成立台灣矽光子產業聯盟而備受市場關注，因此CPO代表的光通訊短期內是否取代銅線也是市場關注的議題之一。
本篇報告主要在深度解析CPO技術於資料中心可能的發展路徑，並針對CPO技術進行深度介紹與分析，最後回顧目前主流光子積體電路(Photonics Integrated Circuit，PIC)廠商的發展情況。
一. CPO在資料中心的應用與發展路徑
二. CPO技術深度分析與相關供應鏈整理
三. 目前採用Silicon PIC方案的IC設計廠發展進度
四. 拓墣觀點
圖一 ToR交換器連接至匯聚層交換器架構示意圖
圖二 資料中心3層Fat Tree拓樸架構
圖三 3層架構的東西向流量需要經過多層交換器節點
圖四 GB200 NVLink互聯示意圖
圖五 主流AI資料中心網路拓樸架構
圖六 GB200 NVL72單一集群架構產品示意圖
圖七 目前資料中心主流連接方式
圖八 第一階段CPO交換器滲透路徑示意圖
圖九 最終CPO交換器與FTTS架構示意圖
圖十 主流4種資料中心短距離下傳輸方式
圖十一 Redriver與Retimer內部結構差異
圖十二 3種主要CPO雷射光源封裝種類
圖十三 外部雷射光源小型封裝可插拔模組ELSFP示意圖
圖十四 目前主流雷射種類之傳輸距離與速率
圖十五 FAU垂直耦合與邊緣耦合示意圖
圖十六 TeraVERSE可拆卸式CPO光纖連接器
圖十七 PIC內部結構簡單示意圖
圖十八 Optical Engine封裝方式分類
圖十九 2D OE封裝示意圖
圖二十 2.5D OE封裝示意圖
圖二十一 3D OE封裝示意圖
圖二十二 CPO交換器發展路線圖
圖二十三 CPO交換器連接交換器晶片與運算晶片
圖二十四 Optical I/O示意圖
圖二十五 CPO與OIO傳輸性能比較
圖二十六 Tomahawk 5 Bailly 51.2T CPO交換器
圖二十七 Broadcom透過CPO進行Scale-up Network互連
圖二十八 NVIDIA推出的CPO NVLink連接方案
圖二十九 Quantum 3400 X800 CPO版本產品示意圖
圖三十 NVIDIA機架系統光學互聯線路示意圖
圖三十一 Marvell Teralynx 7基於2.5D異質整合CPO方案
圖三十二 Marvell的3D SiPho光學引擎
圖三十三 Ayar Labs推出的Optical I/O傳輸方案
圖三十四 Ayar Labs Optical I/O系統連接場景
圖三十五 CISCO於OFC 2023展示的25.6T CPO交換器
圖三十六 Intel OCI Chiplet屬於Optical I/O產品
圖三十七 Intel OCI Chiplet發展路徑圖
圖三十八 Ranovus CPO 2.0交換器產品
圖三十九 RANOVUS與聯發科推出的Odin CPO 3.0交換器
表一 800G DAC、ACC、AEC、AOC參數比較
表二 PIC主要元器件功能整理
表三 CPO主要供應鏈整理
