تکامل و پیشرفت فناوری بسته‌بندی همزمان اپتوالکترونیکی CPO بخش دوم

تکامل و پیشرفت CPOاپتیکالکترونیکفناوری بسته‌بندی مشترک

بسته‌بندی مشترک اپتوالکترونیکی فناوری جدیدی نیست، توسعه آن به دهه 1960 میلادی برمی‌گردد، اما در حال حاضر، بسته‌بندی مشترک فوتوالکتریک فقط یک بسته‌بندی ساده است.دستگاه‌های اپتیکیبا هم. تا دهه ۱۹۹۰، با ظهورماژول ارتباط نوریدر صنعت، بسته‌بندی فوتوالکتریک شروع به ظهور کرد. با افزایش تقاضای توان محاسباتی بالا و پهنای باند بالا در سال جاری، بسته‌بندی فوتوالکتریک و فناوری‌های مرتبط با آن، بار دیگر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.
در توسعه فناوری، هر مرحله نیز اشکال مختلفی دارد، از CPO 2.5D مربوط به تقاضای 20/50Tb/s گرفته تا CPO چیپلت 2.5D مربوط به تقاضای 50/100Tb/s و در نهایت تحقق CPO سه‌بعدی مربوط به نرخ 100Tb/s.

بسته‌های CPO دو و نیم بعدیماژول نوریو تراشه سوئیچ شبکه روی همان زیرلایه برای کوتاه کردن فاصله خط و افزایش چگالی ورودی/خروجی، و CPO سه‌بعدی مستقیماً آی‌سی نوری را به لایه میانی متصل می‌کند تا به اتصال داخلی گام ورودی/خروجی کمتر از 50 میکرومتر دست یابد. هدف از تکامل آن بسیار واضح است، که کاهش فاصله بین ماژول تبدیل فوتوالکتریک و تراشه سوئیچینگ شبکه تا حد امکان است.
در حال حاضر، CPO هنوز در مراحل ابتدایی خود است و هنوز مشکلاتی مانند بازده پایین و هزینه‌های بالای نگهداری وجود دارد و تعداد کمی از تولیدکنندگان در بازار می‌توانند محصولات مرتبط با CPO را به طور کامل ارائه دهند. فقط Broadcom، Marvell، Intel و تعداد انگشت‌شماری از بازیگران دیگر، راه‌حل‌های کاملاً اختصاصی در بازار دارند.
شرکت مارول سال گذشته یک سوئیچ با فناوری CPO دو و نیم بعدی با استفاده از فرآیند VIA-LAST معرفی کرد. پس از پردازش تراشه نوری سیلیکونی، TSV با قابلیت پردازش OSAT پردازش می‌شود و سپس تراشه الکترونیکی flip-chip به تراشه نوری سیلیکونی اضافه می‌شود. 16 ماژول نوری و تراشه سوئیچینگ Marvell Teralynx7 روی PCB به هم متصل شده‌اند تا یک سوئیچ تشکیل دهند که می‌تواند به نرخ سوئیچینگ 12.8 ترابیت بر ثانیه دست یابد.

در OFC امسال، برادکام و مارول همچنین جدیدترین نسل تراشه‌های سوئیچ ۵۱.۲ ترابیت بر ثانیه را که با استفاده از فناوری بسته‌بندی مشترک اپتوالکترونیکی ساخته شده‌اند، به نمایش گذاشتند.
از جزئیات فنی آخرین نسل CPO شرکت Broadcom، بسته CPO 3D از طریق بهبود فرآیند برای دستیابی به چگالی ورودی/خروجی بالاتر، مصرف برق CPO به 5.5 وات/800 گیگابیت، نسبت بهره‌وری انرژی بسیار خوب و عملکرد بسیار خوب است. در عین حال، Broadcom همچنین در حال دستیابی به موج واحد 200 گیگابیت بر ثانیه و CPO 102.4 تراهش است.
سیسکو همچنین سرمایه‌گذاری خود را در فناوری CPO افزایش داده و در OFC امسال، محصول CPO را به نمایش گذاشت که نشان‌دهنده‌ی انباشت و کاربرد فناوری CPO خود در یک مالتی‌پلکسر/دی‌مالتی‌پلکسر یکپارچه‌تر است. سیسکو اعلام کرد که استقرار آزمایشی CPO را در سوئیچ‌های ۵۱.۲ ترابیتی انجام خواهد داد و پس از آن، در مقیاس بزرگ در چرخه‌های سوئیچ ۱۰۲.۴ ترابیتی به کار گرفته خواهد شد.
اینتل مدت‌هاست که سوئیچ‌های مبتنی بر CPO را معرفی کرده است و در سال‌های اخیر، اینتل به همکاری با Ayar Labs برای بررسی راه‌حل‌های اتصال سیگنال با پهنای باند بالاتر در بسته‌بندی مشترک ادامه داده است و راه را برای تولید انبوه دستگاه‌های اتصال نوری و بسته‌بندی مشترک اپتوالکترونیکی هموار کرده است.
اگرچه ماژول‌های قابل اتصال هنوز اولین انتخاب هستند، اما بهبود کلی بهره‌وری انرژی که CPO می‌تواند به ارمغان بیاورد، تولیدکنندگان بیشتری را به خود جذب کرده است. طبق گفته LightCounting، محموله‌های CPO از پورت‌های 800G و 1.6T به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، به تدریج از سال 2024 تا 2025 به صورت تجاری در دسترس قرار می‌گیرد و از سال 2026 تا 2027 حجم زیادی را تشکیل می‌دهد. در عین حال، CIR انتظار دارد که درآمد بازار بسته‌بندی کل فوتوالکتریک در سال 2027 به 5.4 میلیارد دلار برسد.

اوایل امسال، TSMC اعلام کرد که با Broadcom، Nvidia و دیگر مشتریان بزرگ همکاری خواهد کرد تا به طور مشترک فناوری فوتونیک سیلیکونی، قطعات نوری بسته‌بندی مشترک CPO و سایر محصولات جدید، فناوری پردازش از ۴۵ نانومتر تا ۷ نانومتر را توسعه دهند و اعلام کرد که سریع‌ترین زمان برای رسیدن به سفارش بزرگ، نیمه دوم سال آینده خواهد بود و حدود سال ۲۰۲۵ به مرحله تولید انبوه خواهد رسید.
فناوری CPO به عنوان یک حوزه فناوری میان‌رشته‌ای که شامل دستگاه‌های فوتونیک، مدارهای مجتمع، بسته‌بندی، مدل‌سازی و شبیه‌سازی می‌شود، منعکس‌کننده تغییرات ناشی از همجوشی اپتوالکترونیکی است و تغییرات ایجاد شده در انتقال داده‌ها بدون شک ویرانگر هستند. اگرچه کاربرد CPO ممکن است مدت زیادی فقط در مراکز داده بزرگ دیده شود، اما با گسترش بیشتر قدرت محاسباتی بالا و الزامات پهنای باند بالا، فناوری هم‌بندی فوتوالکتریک CPO به یک میدان نبرد جدید تبدیل شده است.
می‌توان دید که تولیدکنندگانی که در CPO کار می‌کنند عموماً معتقدند که سال 2025 یک گره کلیدی خواهد بود، که آن هم گره‌ای با نرخ تبادل 102.4 ترابیت بر ثانیه است و معایب ماژول‌های قابل اتصال بیشتر تقویت خواهد شد. اگرچه کاربردهای CPO ممکن است به آرامی ظاهر شوند، اما بدون شک بسته‌بندی مشترک اپتوالکترونیکی تنها راه برای دستیابی به شبکه‌های با سرعت بالا، پهنای باند بالا و توان کم است.