מה זה Co-Packaged Optics (CPO)?
Co-packaged optics (CPO) היא ארכיטקטורת פסיבציה מתקדמת המשלבת מנועי פוטוניקת סיליקון בתוך אותו מעבד (package) עם ASIC של מתג, מאיץ או חישוב. במקום לחבר משדר אופטי לחזית המתג, CPO ממקמת את ההמרה האופטית-חשמלית ישירות לצד השבב, על interposer או מצע משותף. התוצאה היא מרחק חיבור חשמלי קצר בהרבה, צריכת הספק נמוכה יותר וצפיפות רוחב פס גבוהה בהרבה.
במודול CPO, מעגל משולב פוטוני (PIC) המכיל waveguides, מודולטורים וגלאי פוטו (photodetectors) מחובר יחד עם שבבי דרייבר חשמליים ו-TIA. המנוע האופטי הזה מתקשר עם ASIC המארח דרך RDL בעל גובה פס דק ומיקרו-באמפים (micro-bumps) על מרחק של מילימטרים במקום עשרות סנטימטרים. עבור ארכיטקטי רשת הבונים רשתות בקנה מידה של AI, CPO מייצג את הנתיב האמין ביותר למהירויות יציאה של 800G, 1.6T ו-3.2T מבלי לפגוע במחסום הספק.
מדוע CPO צמחה: צוואר הבקבוק של מרכזי נתונים ב-AI
עומסי עבודה של בינה מלאכותית, בעיקר אימון והסקה של מודלי שפה גדולים, שינו את חוקי המשחק עבור רשתות במרכזי נתונים. אשכול אימון AI יחיד יכול להכיל עשרות אלפי מאיצים, וכל זוג מאיצים זקוק לחיבור בעל שהייה נמוכה ורוחב פס גבוה דרך רשת התקשורת. תחת עומס זה, משדרים אופטיים קונבנציונליים נתקלים בשלושה גבולות קשים:
- צפיפות הספק. משדר 800G נשלף בתוספת מעגלי הדרייבר שלו יכול לצרוך 15-30 וואט לכל יציאה. בכמות יציאות hyperscale, האופטיקה יכולה לצרוך 30-50 אחוז מההספק הכולל של הרשת — הספק שאשכולות AI מעדיפים להשקיע בחישוב.
- שלמות אות. ב-112 Gbps ו-224 Gbps לכל ערוץ, אותות חשמליים מאבדים שלמות לאורך מסלולי PCB ארוכים. המעצבים נאלצים להוסיף equalization, retiming ו-DSP יקרים ב-SerDes, מה ששורף שטח סיליקון ויותר הספק.
- גבולות רוחב פס בחזית. מתג יכול להכיל רק מספר סופי של יציאות QSFP-DD או OSFP בלוח הקדמי, מה שמגביל את רוחב הפס הכולל דווקא כאשר רשתות AI דורשות עוד.
CPO פותחה כדי לשבור את הגבולות הללו. על ידי העברת המנוע האופטי לתוך המעבד, CPO מקצרת מסלולים חשמליים למילימטרים, מפחיתה את צריכת ההספק ליציאה בכ-30-50 אחוז ומכפילה את צפיפות רוחב הפס. עבור מרכזי נתונים שבהם הספק ושטח רצפה הם האילוצים המכריעים, אופטיקה משותפת אינה שיפור מצטבר — היא הכרח ארכיטקטוני.
CPO לעומת משדרים אופטיים נשלפים
הטבלה שלהלן משווה בין אופטיקה משותפת לבין משדרים אופטיים נשלפים מסורתיים על פני הממדים החשובים ביותר לארכיטקטי מרכזי נתונים.
| מאפיין | משדר נשלף | אופטיקה משותפת (CPO) |
|---|---|---|
| מיקום מנוע אופטי | מודול בחזית (QSFP-DD / OSFP) | בתוך המעבד, לצד ה-ASIC |
| טווח חשמלי | 10-30 ס"מ מסלול PCB | מילימטרים על interposer |
| הספק ליציאה | 15-30 ואט (עם SerDes) | כ-5-10 ואט |
| צפיפות רוחב פס | מוגבלת ביציאות חזית | גדלה עם שטח המעבד |
| שלמות אות | קשה ב-112/224 Gbps לערוץ | חיבורים קצרים, equalization פשוט יותר |
| יכולת שירות | ניתן להחלפה חמה בשטח | אינו ניתן להחלפה בשטח |
| בשלות | בוגר, פרוס בכמויות | ייצור מוקדם, גידול מהיר |
הפשרה פשוטה: משדרים נשלפים נשארים גמישים וקלים לשירות, אך CPO מנצחת באופן מכריע בהספק, צפיפות ועלות-ל-bit בהיקף hyperscale — בדיוק המדדים שקובעים אם מרכז נתונים של AI יכול להמשיך לגדול.
הפסיבציה ברמת פרוסה והפסיבציה המתקדמת מאחורי CPO
אופטיקה משותפת היא במהותה בעיית פסיבציה. כל עיצוב CPO תלוי בתהליכים ברמת פרוסה ובטכנולוגיות פסיבציה מתקדמות שפותחו במקור עבור chiplets, ערמות HBM וחישובי ביצועים גבוהים.
מנועים אופטיים של פוטוניקת סיליקון
בלב כל מודול CPO נמצא PIC של פוטוניקת סיליקון המיוצר על פרוסות סיליקון סטנדרטיות באמצעות תהליכים תואמי-CMOS בשלים. ה-PIC משלב grating couplers, waveguides, מודולטורים מהירים וגלאי פוטו על שבב אחד, ומספק פונקציונליות אופטית בכלכלת מוליכים למחצה. השבב הפוטוני הזה נארז יחד עם שבבי דרייבר ו-TIA ליצירת מנוע אופטי שלם — אבן הבניין שהופכת את CPO לייצור בקנה מידה.
קו-פסיבציה 2.5D ו-3D של Chiplets ומנועים אופטיים
רוב הארכיטקטורות של CPO משתמשות בפסיבציה 2.5D: ASIC המתג, המנועים האופטיים וה-chiplets התומכים יושבים זה לצד זה על interposer משותף, מחוברים דרך RDL בעל גובה דק ומיקרו-באמפים, ומורכבים על מצע מעבד. גישות 3D חדשות עורמים פוטוניקה ואלקטרוניקה אנכית כדי לכווץ את טביעת הרגל ולקצץ עוד שהייה. בשני המקרים ה-interposer הוא החוליה הקריטית: עליו לשאת אלפי אותות מהירים עם הפסד נמוך במיוחד, crosstalk נמוך והתפשטות תרמית מבוקרת התואמת גם לפוטוניקת סיליקון וגם לשבב המתג.
Interposers זכוכית עם TGV
Interposers זכוכית עם vias דרך זכוכית (TGV) הופכים לפלטפורמה מועדפת עבור CPO. זכוכית מציעה ביצועים חשמליים מצוינים בתדר גבוה, מקדם התפשטות תרמית שניתן לכוונן כך שיתאים לפוטוניקת סיליקון, ואיכות שטח הנדרשת ל-RDL עדין במיוחד. למהנדסים הבוחנים אפשרויות interposer, מצעי פרוסות זכוכית TGV של GINECHIP מהונדסים במיוחד עבור יישומי קו-פסיבציה ופוטוניקה אלה.
RDL ובאמפינג לחיבור מנועים אופטיים
שכבות פיזור מחדש (RDL) ומיקרו-באמפינג הם מה שמחבר פיזית את ה-I/O הצפוף של מנועים אופטיים ו-chiplets ל-interposer ולמצע. RDL בעל גובה דק מפחית אובדן אות, תומך בניתוב יציאה צפוף ומאפשר את האינטגרציה ההטרוגנית ש-CPO דורשת. GINECHIP מספקת שירותי RDL ופרוסות באמפינג בדיוק עבור תהליכי קו-פסיבציה אלה, מתמיכה בתכנון ועד עיבוד פרוסה מלא.
כיצד GINECHIP מספקת את המצעים והתהליכים המאפשרים
GINECHIP מציבה את עצמה כספקית כוללת (one-stop) עבור המצעים ותהליכי רמת הפרוסה שמאפשרים אופטיקה משותפת. מפרוסת הגלם ועד ל-interposer המוגמר, GINECHIP מכסה את השלבים הקריטיים של שרשרת האספקה של CPO:
- Interposers זכוכית TGV, פרוסות vias דרך זכוכית עם ביצועי RF מצוינים והתאמת CTE לקו-פסיבציה של פוטוניקה.
- עיבוד RDL ובאמפינג, פיזור מחדש בעל גובה דק ומיקרו-באמפינג המחברים מנועים אופטיים, chiplets ו-ASIC מתג.
- מצעי פרוסות סיליקון, פרוסות סיליקון באיכות גבוהה לייצור PIC של פוטוניקת סיליקון ולייצור interposer.
- פתרונות פסיבציה מתקדמים, יכולות פסיבציה מלאות ברמת פרוסה לקו-פסיבציה 2.5D ו-3D של chiplets ומנועים אופטיים.
בשליטה על שלבי המצע והתהליך האלה, GINECHIP עוזרת ליצרני שבבים, OSATים וספקי מערכות להאיץ את תוכניות ה-CPO שלהם עם חומרים מוסמכים ומוכנים לייצור ומחזורי הסמכה קצרים יותר.
צרו קשר עם GINECHIP
אופטיקה משותפת מגדירה מחדש כיצד מרכזי נתונים של AI גדלים, והמצע הוא המקום שבו כל הארכיטקטורה מתחברת. בין אם אתם זקוקים ל-interposers זכוכית TGV, עיבוד RDL ובאמפינג, או מצעי פרוסות סיליקון לתוכנית CPO או פוטוניקת סיליקון, ל-GINECHIP יש את החומרים והמומחיות התהליכית לתמוך בכם. צרו קשר עם צוות GINECHIP עוד היום כדי לדון בדרישותיכם, לבקש דוגמיות או לקבל הצעת מחיר.