Спільно-упакована оптика (CPO)це архітектура з’єднання, яка розміщує оптичний механізм безпосередньо біля ASIC або процесора комутатора, замість маршрутизації високошвидкісних електричних сигналів через плату до модулів передньої-панелі. Для центрів обробки даних штучного інтелекту CPO важливий, оскільки він атакує три обмеження, з якими звичайна оптика стикається в першу чергу на високій швидкості: потужність на біт, щільність пропускної здатності та цілісність електричного сигналу. Це не новий форм-фактор модуля. Це зміна-системного рівня того, як електричні й оптичні функції інтегровані в комутатор.
Зсув більше не є теоретичним. На виставці GTC 2025 компанія NVIDIA продемонструвала свої фотонні комутатори Quantum-X і Spectrum-X із вбудованими в комплект кремнієвими-фотонічними механізмами, а наНа OFC 2025 широкий спектр постачальників продемонстрував оптичні двигуни, вбудовані в пакети ASIC. Питання для більшості команд більше не в тому, чи реальний CPO, а в тому, де і коли він підходить.
Що таке ко-пакована оптика?
Co-Packaged Optics переміщує оптичний механізм -, який іноді називають фотонним чіплетом -, із передньої панелі на підкладку комутатора, поряд із ASIC. Мета полягає в тому, щоб скоротити електричний шлях між чіпом і точкою, де сигнали перетворюються на світло.
У традиційній роз’ємній архітектурі комутатор ASIC передає високо{0}}швидкісні електричні сигнали через сантиметри траси друкованої плати до трансиверів, встановлених на передній панелі. Ця модель зріла, гнучка та проста в обслуговуванні. Але в міру того, як-швидкість на смугу зростає до 200G і вище, ці електричні шляхи споживають все більшу частку загальної потужності системи, і їх стає важче чітко спроектувати.
CPO змінює геометрію. Сигнал поширюється лише на кілька міліметрів електрично перед перетворенням на оптичний, а не на 15-30 см через плату. Практичний ефект, одним реченням: оптичний вхід-вивід переміщується досить близько до чіпа, щоб комутатор міг забезпечити набагато більшу пропускну здатність із набагато меншим електричним навантаженням.
Чи є CPO те саме, що кремнієва фотоніка?
Ні, і відмінність має значення. Кремнієва фотоніка — це виробнича платформа, яка використовується для створення фотонних інтегральних схем. CPO — це архітектура системи, якавикористовуєкремнієва фотоніка як одна з передових технологій. Фотонні механізми NVIDIA, наприклад, створені на основі процесу COUPE від TSMC, який накладає електронний кристал на фотонний кристал - кремнієва фотоніка є будівельним блоком, CPO – це те, як його збирають у комутатор.
Чому центри обробки даних AI наближають оптику до чіпа
Кластери штучного інтелекту створюють інтенсивний трафік на схід-захід між графічними процесорами, прискорювачами, пам’яттю та комутаторами. Робочі навантаження з навчання та висновків переміщують величезні обсяги даних із жорсткими вимогами до затримки та узгодженості, а мережева дорожня карта випереджає те, що може комфортно забезпечити передня-оптична панель.
Три тиску викликають зсув, і вони накладаються один на одного.
Смуга пропускання масштабується швидше, ніж електричний охоплення.Мережі переходять від 400G до 800G, іОчікується, що оптичні модулі 1.6T почнуть комерційне розгортання приблизно з 2025 по 2026 рік. Оскільки пропускна здатність ASIC комутатора приблизно подвоюється кожні 18–24 місяці, тоді як корисна електрична зона міді зменшується при вищих показниках SerDes, модель із передньою-підключаючою панеллю натрапляє на стіну десь біля покоління комутатора 102,4 Тбіт/с.
Потужність на біт тепер є числом-рівня об’єкта.Це показник, який фактично впливає на прийняття рішень щодо закупівель. Традиційний змінний модуль 800G працює приблизно від 15 до 20 пікоджоулів на біт; Реалізації CPO орієнтовані на близько 5 пДж/біт, з вірогідним шляхом нижче цього. Незалежні демонстрації підтверджують це -Оптичний чіплет вводу/виводу Intel споживає близько 5 пДж/біт проти приблизно 15 пДж/біт для модулів, що підключаються.. Через сотні тисяч портів у великому навчальному кластері економія від 10 до 15 Вт на порт додає до мегават на рівні будівлі. Завдяки одній високоякісній -стійці, яка споживатиме сотні кіловат, кожен ват, не витрачений у мережі, є ватом, доступним для обчислень.
Щільність передньої-панелі – жорстка стеля.Більша пропускна здатність означає більше портів, більше кабелів, більше тепла та жорсткіший потік повітря. Лицьової панелі дуже багато, і за неї змагаються підключаються клітини. Переміщення перетворення на підкладку знімає це геометричне обмеження.
Ось чому CPO є найбільш актуальним для великих середовищ штучного інтелекту, HPC, хмарних і гіпермасштабованих середовищ -, де ці три навантаження виникають першими. Він не призначений для заміни кожного модуля в кожному центрі обробки даних.
Короткий огляд архітектури CPO
Це допомагає розглядати CPO як набір будівельних блоків, а не як єдине ціле. Кожен переносить проблему кудись нове.
| Будівельний блок | Що воно робить | Чому це важливо для CPO |
|---|---|---|
| Перемикач ASIC | Перемикає трафік; розміщено високошвидкісні{0}}смуги введення/виведення | Зі збільшенням пропускної спроможності кількість смуг і швидкість зростають, що напружує електричний радіус дії |
| Оптичний двигун (фотонний чіплет) | Перетворює електричне в оптичне і назад | Встановлюється на або поруч із підкладкою ASIC, згортаючи електричний шлях до міліметрів |
| Зовнішнє лазерне джерело | Постачає світло, яке модулює двигун | Зберігайте найгарячішу частину упаковки для надійності; часто польові-можна замінити, щоб усунути найбільш{1}}несправний компонент |
| З’єднання--волокна з мікросхемою | Вирівнює оптоволоконні масиви та роз’єми до двигуна | У--коробці маршрутизація волокна та допуск вирівнювання стають-першими проблемами проектування |
| Управління та моніторинг | Діагностика, усунення несправностей, термотелеметрія | Набагато важливіше, ніж із розетками, оскільки двигун інтегрований, а не замінний |
На лазерній стратегії варто зупинитися, адже саме тут вендори спокійно вирішують проблему працездатності. Оскільки лазер є частиною оптичного зв’язку,-найбільш схильною до збоїв, у багатьох конструкціях використовується зовнішній лазер, що підключається. Фотонні комутатори NVIDIA, наприклад, живлять вісім механізмів 1,6 Тбіт/с від одного змінного лазерного модуля, що також скорочує кількість лазерів, необхідних на одиницю пропускної здатності. З точки зору роботи, основним індикатором смерті лазера є постійне зростання струму зміщення лазера, тоді як оптичний вихід залишається рівним - телеметрія, за якою системи моніторингу повинні спостерігати, а не покладатися лише на потужність прийому.
Що саме змінюється, коли оптика наближається до ASIC?
«Що змінює CPO» — це частина, яку більшість оглядів залишає невизначеною. Конкретно, це змінює п’ять речей одночасно, і команда, яка оцінює CPO, повинна міркувати про кожну окремо, а не як про одну угоду.
Дизайн перемикача.Оптика перестає бути змінним модулем, який має оператор, і стає частиною плати, розробленої OEM. Ретаймер DSP, який обумовлює сигнали для довгої траси друкованої плати, часто можна повністю усунути, що значною мірою забезпечує економію електроенергії.
Теплове управління.Оптичний механізм тепер знаходиться поруч із-потужною ASIC. Лазери, модулятори й особливо кільцеві резонатори є-чутливими до температури - кільцеві-конструкції потребують постійного контролю невеликого-нагрівача, щоб підтримувати температуру фотонної IC. Теплові зони всередині комутатора стають проблемою дизайну, а не запізнілою думкою.
Управління волокном.Перетворення, що відбувається на підкладці, означає, що волокно потрібно прокласти, закріпити та вирівнятивсерединікоробка. Надійність роз’єму, ефективність вигину та допуск на вирівнювання переходять від «занепокоєння щодо кабелю» до «занепокоєння щодо продуктивності системи».
Технічне обслуговування.Технік може витягнути й замінити трансивер передньої-панелі за лічені секунди. Спільно{2}}пакований двигун не можна замінити таким чином. Економія, ремонт, усунення несправностей і те, що оператори називають «радіус вибуху» - скільки падає, коли один елемент виходить з ладу - все змінюється.
Закупівля та життєвий цикл.Модулі, що підключаються, надають операторам переваги: численні сумісні постачальники, прості запасні частини, поступове оновлення. Більш інтегрована оптична система звужує це поле та прив’язує оптику до життєвого циклу комутатора. Це реальна вартість, яка не має нічого спільного з оптичними характеристиками.
Чесним підсумком є те, що CPO не просто знижує потужність. Він переносить складність - з електричного шляху на упаковку, тепловий дизайн, врожайність і польові операції.
CPO vs Pluggable Optics vs LPO: що вибрати?
CPO зазвичай порівнюють з двома альтернативами: звичайною оптикою, що підключається, і лінійною оптикою, що підключається (LPO). Вони пов’язані між собою, але вирішують різні проблеми, і для багатьох команд реалістичним найближчим -вибором є вибір між підключеним і LPO, із відстеженням CPO для наступного покоління платформи.
| Архітектура | Де сидить оптика | Основна перевага | Основне обмеження | Найкраще підходить |
|---|---|---|---|---|
| Вставна оптика | Корпус модуля передньої-панелі | Зрілий, багато-постачальників, гаряча-заміна, стандарт- | Вища потужність на біт (~15–20 пДж/біт при 800G) і межі електричного-досяжності на високій швидкості | Широке розгортання центрів обробки даних, підприємств і телекомунікацій |
| ЛПО | Форм-фактор передньої-панелі, що підключається, спрощений шлях сигналу | Видаляє вбудований DSP; зазвичай на 30–50% нижча потужність, ніж розетки на основі DSP-, зберігає робочу модель підключення | Вимагає суворішого контролю-рівня сигналу-системи; коротший радіус дії | Короткі-потужності-посилання AI |
| CPO | Оптичний механізм на підкладці ASIC комутатора | Найвища щільність смуги пропускання та найменша потужність на біт (цільове значення ~5 пДж/біт); видаляє передню-стелю щільності панелей | Складніше обслуговування, упаковка, тепловий дизайн і зрілість екосистеми | Високомасштабне-перемикання AI/HPC, особливо масштабовані-фабрики |
Практична система прийняття рішень:
- Вибирайте вставну оптикуколи операційна гнучкість, -збереження кількох постачальників і швидка заміна поля мають найбільше значення -, що все ще є для більшості мереж.
- Розгляньте LPOколи вам потрібна менша потужність і затримка на коротких відстанях, але ви хочете зберегти звичну підключається модель. LPO — це міст із меншим{1}}ризиком, і він має відомих прихильників - на OFC 2025, спів-засновник Arista Енді Бехтольшаймстверджувати про LPO як кращу-альтернативу в найближчій перспективі.
- Відстежуйте CPOколи щільність смуги пропускання, потужність на біт і довгострокове-масштабування понад 800 Гб переважають модуль{2}}зручність обслуговування рівня -, особливо для масштабованих-матеріалів у кластерах AI.
Структура, яка найбільше допомагає: CPO – це не рішення щодо придбання модуля, це рішення щодо архітектури системи-комутатора. Поставтеся до цього таким чином, і більшість плутанини розвіється.
Переваги Co-Packaged Optics для мереж ШІ
Головною перевагою є енергоефективність у масштабі. Broadcom заявляє про приблизно 30% економію електроенергії та 40% нижчу вартість оптики за біт завдяки своїй платформі CPO, а також щільність пропускної здатності порядку 1 Тбіт/с на міліметр. Розрив енергії-на-біт - приблизно 15 пДж/біт для роз’ємів проти цільового значення 5 пДж/біт для CPO - — це те, що перетворюється на-мегавати на рівні об’єкта у великому кластері.
Щільність пропускної здатності є другою перевагою, і вона структурна, а не додаткова. Уникаючи лицьової панелі, CPO усуває перекриття передньої-панелі, яке обмежує підключаються конструкції, коли пропускна здатність комутатора перевищує приблизно 102,4 Тбіт/с. Затримку також можна покращити, якщо шлях сигналу спрощується, хоча затримку слід завжди оцінювати на рівні системи, а не лише на оптичному механізмі.
Дані про надійність також починають надходити, що важливо для технології, яка довго застрягла на «перспективній». У жовтні 2025 року Broadcom повідомила, що Meta перевіряла своє рішення CPO протягом одного мільйона з’єднань-годин без жодної заслінки з’єднання під час високо-температурної лабораторної характеристики - такого роду докази, які потрібні операторам, перш ніж довіряти-необслуговуваній оптиці у виробництві.
Виклики CPO та бар'єри розгортання
Виклики реальні, і вони здебільшого не візуальні. Це проблеми упаковки, тепла, експлуатації та екосистеми.
Термічний менеджментє найважчим. Двигун розташований поруч із гарячою ASIC, і кільцеві резонатори, зокрема, потребують активного нагріву, щоб залишатися на-довжині хвилі -, тому конструкція має керувати теплом, яке двигун генерує та від якого залежить. Температурний дрейф безпосередньо загрожує довгостроковій-надійності.
Упаковка і вихіднаступний Спільна -інтеграція електронних і фотонних матриць вимагає вдосконаленої упаковки, чіткого вирівнювання та методів тестування, які все ще розвиваються. Продуктивність і технологічність, а не сирі оптичні характеристики, часто впливають на масове виробництво.
Працездатність і радіус вибухузмінити операційну модель. Підключаються лазерні джерела пом’якшують найгірший випадок, але оператори все одно втрачають простий робочий процес «витягни та заміни» та комфорт кількох взаємозамінних постачальників.
Готовність екосистемизв'язує його разом. CPO залежить від координації між постачальниками комутаторів-кремнію, оптичних-двигунів, виробників лазерів, оптоволоконних-постачальників зв’язку, партнерів із упаковки та хмарних операторів, узгоджених із специфікаціями таких організацій, якФорум оптичних мережевих мереж (OIF)та IEEE. Ця координація формується, але не завершена.
Ринковий консенсус відображає це. Навіть аналітики позитивно оцінюють цю технологію -SemiAnalysis не очікує швидкого впровадження-масштабованого CPO серед гіпермасштабувальників у найближчій перспективі, незважаючи на те, що ті самі оператори зобов’язуються постачальників-розширюватися. CPO розвивається в першу чергу там, де переваги явно виправдовують складність: дуже великі фабрики штучного інтелекту, гіпермасштабні структури та кластери HPC.
Коли центрам обробки даних штучного інтелекту слід розглядати Co-Packaged Optics?
Звертайте особливу увагу на CPO, якщо ваша дорожня карта включає комутатори з дуже високим-радіксом, з’єднання 800G або 1,6T, великі кластери графічного процесора або суворі цільові параметри-на-біт -, і особливо якщо ваш поточний дизайн уже обмежений живленням, охолодженням, цілісністю сигналу чи щільністю передньої панелі. Коли вартість і труднощі масштабування архітектури, що підключається, зростають, компроміси-CPO починають виглядати сприятливими.
CPO, мабуть, не є правильним негайним кроком, якщо вашими пріоритетами є операційна гнучкість, швидка заміна, широкий вибір постачальників і поступове оновлення. Для більшості корпоративних-центрів обробки даних і центрів обробки даних-сучасна оптика, що підключається, залишається кращою на сьогодні, з LPO як варіантом із меншою-потужністю для короткого-досяжності, -чутливих до потужності з’єднань.
Чи замінить CPO змінну оптику?
Не найближчим часом. Підключаються трансивери мають розвинений ланцюг постачання, підтримку широких стандартів, взаємодію з багатьма-постачальниками та перевірену робочу модель, і вони продовжуватимуть обслуговувати більшість додатків центрів обробки даних, підприємств, телекомунікацій і хмар.Продукти-CPO, готові до розгортання, надійшли лише у 2025 році, а перше масштабне-розгортання гіпермасштабування очікується в 2026 році на платформах комутаторів наступного-покоління.
Більш чітка картина – це багатошарова екосистема. Оптика, що підключається, залишається основною. LPO служить нижчим-містом живлення, який зберігає змінну модель. І CPO стає центральним там, де пропускна здатність, потужність і щільність виходять за межі того, що-оптика передньої панелі може зробити - найбільш рішуче в масштабуванні-компонентів штучного інтелекту, де вона позиціонується як головна рушійна сила зростання пропускної здатності в кінці цього десятиліття. Майбутнє — це не перемога однієї архітектури; кожен з них відповідає різним характеристикам, вартості та експлуатаційним вимогам.
Поширені запитання
З: Що означає CPO?
A: CPO розшифровується як Co-Packaged Optics, архітектура, яка розміщує оптичні механізми поряд із ASIC комутатора або пакетом процесора, а не на передній панелі.
З: CPO – це те саме, що кремнієва фотоніка?
Відповідь: Ні. Silicon photonics — це платформа для виготовлення фотонних інтегральних схем. CPO — це архітектура системи, яка може використовувати кремнієву фотоніку як базову технологію.
Q: Яка різниця між CPO та LPO?
A: LPO зберігає формат підключаються модулів, але видаляє вбудований DSP, щоб зменшити енергоспоживання та затримку, зазвичай заощаджуючи від 30 до 50% порівняно з підключаємими модулями на основі DSP-. CPO переміщує оптичний механізм на підкладку ASIC і фундаментально змінює архітектуру системи.
З: Чи справді CPO зменшує енергоспоживання?
A: Це суттєво зменшує енергію на біт - від приблизно 15 пДж/біт для роз’ємів до цільового значення 5 пДж/біт - за рахунок усунення довгих електричних трас і ретаймерів DSP. Зверніть увагу на нюанс: CPO ефективний на біт, але за своєю суттю він не є низько-компонентом потужності, оскільки лазери та кільцеві резонатори все ще споживають енергію, зокрема для теплового контролю.
З: Яку роль відіграє кремнієва фотоніка в CPO?
A: Silicon photonics забезпечує інтегровані оптичні механізми, які є основою більшості проектів CPO. Складання електронної матриці на фотонну матрицю -, як у процесі COUPE від TSMC -, дозволяє оптичному двигуну розміщуватися на підкладці комутатора.
З: Які основні перешкоди для прийняття CPO?
A: Теплове керування поруч із гарячою ASIC, складність упаковки та продуктивності, знижена придатність до обслуговування та більший радіус вибуху, а також зрілість екосистеми та стандартів. Жодна з них не стосується оптичних характеристик.
З: Чи є CPO комерційно доступним?
Відповідь: Продукти,-готові до розгортання, надійшли в 2025 році з такими віхами надійності, як -мільйон-посилань-годинний тест Broadcom із Meta. Перше масштабне-розгортання гіпермасштабування очікується в 2026 році, але широке впровадження буде поступовим і нерівномірним.
З: Чи повинні центри обробки даних підприємства піклуватися про CPO зараз?
A: Для більшості підприємств, не як негайна покупка. Це варто розуміти як вхідний план, але підключаюча оптика - та LPO для потужності-невеликих радіусів дії - залишаються кращими, доки пропускна здатність, потужність або щільність справді не змусять змінитися.
Висновок
Co-Packaged Optics — це одна з найбільш значущих архітектурних змін у високошвидкісній-мережі центрів обробки даних. Переміщуючи оптичне перетворення на підкладку комутатора, він скорочує енергію на біт до 5 пДж/біт, підвищує щільність смуги пропускання за межі передньої-панелі та дає мережам штучного інтелекту та HPC шлях до масштабування понад 800G та 1,6T. Докази перейшли від слайдів до доставки продуктів і реальних даних про надійність.
Але CPO — це не-заміна змінної оптики. Він замінює електричні-проблеми охоплення для пакування, тепла, оптоволокна-керування та операційні проблеми - та звужує важелі закупівель, до яких звикли оператори. Для більшості команд правильна позиція є багатошаровою: тримайте зрілу оптику, що підключається, там, де вона підходить, використовуйте LPO для мало-потужних коротких досягнень і відстежуйте CPO для наступного-генерації з високою-щільністю AI та HPC-матеріалів, особливо для-масштабування. Основний розумовий зсув простий: CPO — це не рішення про купівлю модуля, це рішення щодо комутатора-системної архітектури -, і, виходячи з цього, воно вже належить до будь-якої серйозної розмови щодо дорожньої карти мережі ШІ.
