La technologie CPO (optoélectronique co-emballée) existe depuis un certain temps mais en est encore à ses stades de développement.directeur principal des composants optiques et de l'intégration chez Corning Optical Communications, a expliqué comment le verre joue un rôle clé dans le placement des convertisseurs électro-optiques à base de silicium le plus près possible des processeurs de silicium.

Les réseaux de centres de données évoluent rapidement, et cette dynamique s'est accélérée avec l'essor de l'IA et le déploiement à grande échelle des clusters d'IA.En particulier avec le déploiement de l'architecture DGX SuperPOD de NVIDIA et des clusters TPU de GoogleCe changement est motivé par la demande d'informatique haute performance pour soutenir la formation et les tâches d'inférence de l'IA.NVIDIA seul devrait expédier des millions d'unités GPU optimisées pour l'IA chaque année dans les cinq prochaines années., atteignant une échelle significative d'ici 2028.

Le nombre d'unités émetteurs-récepteurs nécessaires à la construction de ces réseaux atteindra des dizaines de millions par an, et ces appareils devront fonctionner à des vitesses maximales de 1,6 Tbps et de 3,2 Tbps.Les analystes de l'industrie prédisent que chaque accélérateur (GPU) sera équipé de plus de 10 émetteurs-récepteurs dans le futur, ce qui signifie que la demande de connexions en fibre optique augmentera d'environ 10 fois par rapport aux niveaux actuels de déploiement.

Dans un centre de données typique, un émetteur-récepteur Ethernet standard rechargeable consomme environ 20 watts de puissance.Basé sur les expéditions en cours, on estime qu'environ 200 mégawatts (MW) de puissance seront déployés dans les émetteurs-récepteurs électriques en 2024.Sur la base de la trajectoire du développement des émetteurs-récepteurs et d'une augmentation attendue de dix fois la demande de connectivité optique, le déploiement de la puissance des émetteurs-récepteurs devrait atteindre 2 gigawatts (GW) par an, soit l'équivalent de l'énergie produite par une grande centrale nucléaire.Cela n'inclut pas la puissance nécessaire pour alimenter l'électronique côté hôte et les rétimers électriques utilisés pour transmettre des données des circuits intégrés aux émetteurs-récepteurs situés à l'extrémité avant du dispositif.

Par exemple, pour un centre de données d'IA équipé d'un million de GPU, l'introduction de la technologie CPO pourrait économiser au centre de données environ 150 mégawatts de capacité de production d'énergie.En plus de réduire les investissements nécessaires à la construction des installations de production d'électricité correspondantesCette technologie permet également de réduire de manière significative les coûts d'exploitation, en fonction des différences régionales de prix de l'énergie.La Commission a également adopté une proposition de directive relative à la mise en œuvre de l'initiative "East-West Computing" (computation est-ouest)., la demande de large bande passante,Les interconnexions optiques à faible consommation sont en forte augmentation dans les centres de supercalculation (comme le Wuxi Sunway TaihuLight) et les centres de calcul intelligents (comme les pôles de calcul de l'IA à Pékin et Shenzhen). La technologie CPO devrait être la clé de la réduction de la consommation d'énergie et de l'augmentation de l'efficacité des GPU produites dans le pays.L'innovation est cruciale.

L'introduction de la technologie CPO

La CPO est la technologie la plus susceptible de surmonter ce goulot d'étranglement de consommation d'énergie à court terme.Cette technologie déplace le module de conversion électro-optique de l'émetteur-récepteur sur le panneau avant à l'intérieur du dispositifL'idéal est de l'intégrer directement sur le substrat du paquet CPU ou GPU. Cela minimise les pertes de puissance dans le canal de cuivre, ce qui se traduit par une liaison plus économe en énergie.,La consommation d'énergie peut être réduite de plus de 50%, et dans certains cas, jusqu'à 75%. This energy-saving advantage is achieved not only by reducing the use of high-loss copper channels but also by simplifying or even eliminating the digital signal processor (DSP) required to compensate for electrical signal transmission losses.

En résumé, la technologie CPO offre une connectivité optique à haute vitesse, à faible puissance et à faible latence.

Une autre alternative d'économie d'énergie qui mérite d'être considérée est le module optique linéaire branchable (LPO).il réduit la consommation d'énergie et la latence tout en conservant le facteur de forme et l'écosystème d'un émetteur-récepteur branché à l'avant. Alors que la CPO offre une meilleure intégrité du signal et une plus faible latence, la LPO est plus rentable, en particulier pour les applications à courte portée.combiné à son temps de commercialisation rapide, peut retarder l'adoption généralisée de la technologie CPO.

Cependant, à mesure que les vitesses de liaison augmentent jusqu'à 200G et au-delà, la LPO consomme plus de puissance que la CPO et devient beaucoup plus difficile à gérer afin d'assurer une haute qualité du signal.La technologie continue de progresser, la CPO devrait devenir la solution préférée à l'avenir.

Le verre renforce la technologie CPO
Le verre devrait jouer un rôle clé dans la prochaine génération de technologie CPO.Pour rapprocher au maximum les convertisseurs électro-optiques (principalement les puces de silicium-photonique) des processeurs en silicium réels (CPU et GPU), une nouvelle technologie d'emballage est requise qui supporte non seulement de plus grandes tailles de substrat mais permet également une connectivité optique aux puces de photonique au silicium.

L'emballage des semi-conducteurs repose traditionnellement principalement sur des substrats organiques.limitant la taille maximale des paquets de semi-conducteursComme l'industrie continue de faire pression pour des substrats d'emballage plus grands sur les plateformes de technologie biologique existantes, reliability issues (such as solder joint integrity issues and increased risk of delamination) and manufacturing challenges (such as high-quality fine-pitch interconnect structures and high-density wiring) have become increasingly prominentCependant, grâce à une conception optimisée, le verre peut atteindre un coefficient de dilatation thermique qui correspond plus étroitement à celui des puces de silicium.dépassant les substrats organiques traditionnelsCe substrat de verre spécialement transformé présente une stabilité thermique exceptionnelle, réduisant les contraintes mécaniques et les dommages lors des fluctuations de température.Sa résistance mécanique et sa planéité supérieures constituent une base solide pour la fiabilité de l'emballage des copeauxEn outre, les substrats en verre permettent une densité d'interconnexion plus élevée et des hauteurs plus fines, ce qui améliore les performances électriques et réduit les effets parasitaires.Ces propriétés font du verre un choix très fiable et précis pour les emballages de semi-conducteurs avancésEn conséquence, l'industrie de l'emballage de semi-conducteurs développe activement la technologie avancée des substrats de verre comme technologie de substrat de nouvelle génération.

Substrats à guidage d'ondes en verre
En plus de ses excellentes propriétés thermiques et mécaniques, le verre peut également être manipulé pour fonctionner comme un guide d'onde optique.Les guides d'ondes en verre sont généralement créés par un processus appelé échange ionique: les ions du verre sont remplacés par d'autres ions provenant d'une solution saline, modifiant ainsi l'indice de réfraction du verre.Ces régions modifiées peuvent guider la lumièreCette technique permet de régler avec précision les propriétés des guides d'ondes, ce qui la rend adaptée à une variété d'applications optiques.La lumière peut se propager le long des guides d'ondes en verre intégrés et être efficacement couplée à des fibres optiques ou à des puces photoniques au siliciumCela fait du verre un matériau attrayant pour les applications avancées de CPO.

L'intégration d'interconnexions électriques et optiques sur le même substrat aide également à relever les défis de densité d'interconnexion auxquels sont confrontées les entreprises lors de la construction de grands clusters d'IA.le nombre de canaux optiques est limité par la géométrie des fibres optiques. le diamètre d'un revêtement de fibre optique typique est de 127 micronsLes guides d'ondes en verre, cependant, permettent des arrangements plus denses, augmentant considérablement la densité d'entrée/sortie (I/S) par rapport aux connexions directes fibre-à-puce.

L'intégration d'interconnexions électriques et optiques permet non seulement de résoudre les problèmes de densité, mais aussi d'améliorer les performances globales et l'évolutivité des grappes d'IA.La nature compacte des guides d'ondes en verre permet d'accueillir plus de canaux optiques dans le même espace physique, augmentant ainsi la capacité et l'efficacité de transmission des données du système.Cette avancée est cruciale pour stimuler le développement de l'infrastructure d'IA de nouvelle génération dans les scénarios où les systèmes d'IA doivent traiter des quantités massives de données, la technologie d'interconnexion à haute densité est essentielle à une gestion efficace.

En intégrant des guides d'ondes en verre, un système optique complet peut être construit sur le même substrat, permettant aux circuits intégrés photoniques de communiquer directement par des guides d'ondes optiques.Ce processus élimine le besoin d'interconnexions en fibre optique et améliore considérablement la bande passante et la couverture de la communication inter-puceDans les systèmes à haute densité avec de nombreux composants interconnectés, l'utilisation de guides d'ondes en verre peut permettre d'obtenir une perte de signal plus faible, une densité de bande passante plus élevée,et une plus grande durabilité par rapport aux fibres optiques discrètesCes avantages font des guides d'ondes en verre un choix idéal pour les systèmes d'interconnexion optique de haute performance.

L'application de la technologie CPO aux centres de données de nouvelle génération et aux réseaux de supercalculateurs IA peut augmenter la bande passante d'échappement des puces, ouvrant de nouvelles possibilités pour des systèmes de traitement de données à grande vitesse.avec un débit de sortie supérieur à 50 W,Les architectes de réseaux ont maintenant une occasion unique de réimaginer et de redessiner les architectures de réseau.ils atteindront des performances supérieures du réseau, conduisant à l'amélioration de l'efficacité opérationnelle et à l'optimisation des processus.

Conclusion
La technologie CPO a le potentiel de révolutionner l'architecture d'interconnexion de l'IA à plusieurs niveaux.rendre les systèmes d'IA plus écologiques et rentablesEn outre, CPO améliore l'efficacité et l'évolutivité des systèmes d'IA, leur permettant de gérer facilement des tâches plus grandes et plus complexes.La CPO peut augmenter les taux de transmission des données, assurant une communication plus rapide et plus fiable entre les composants de l'IA. Cela contribuera également à réduire les goulots d'étranglement dans les futurs systèmes d'IA, assurant un fonctionnement du système plus fluide et plus efficace.

Les futures interconnexions d'IA devraient introduire des liens optiques directs, éliminant ainsi le besoin de commutateurs informatiques.Cette innovation permettra d'élargir la bande passante des tâches d'IA et d'améliorer la vitesse et l'efficacité du traitement de grands ensembles de donnéesLe verre, avec ses capacités supérieures de transmission de données et son évolutivité, est un matériau idéal pour permettre ces progrès technologiques.Les liens optiques à base de verre deviendront un facteur essentiel pour les systèmes d'IA de nouvelle génération, constituant une infrastructure indispensable pour l'informatique haute performance et les applications avancées d'IA.
NEW LIGHT OPTICS TECHNOLOGY LIMITED s'efforcera de saisir toutes les opportunités et de contribuer.