Evoluzione e progresso del CPOoptoelettronicatecnologia di co-confezionamento
Il co-confezionamento optoelettronico non è una tecnologia nuova, il suo sviluppo può essere fatto risalire agli anni '60, ma in questo momento, il co-confezionamento fotoelettrico è solo un semplice pacchetto didispositivi optoelettroniciinsieme. Negli anni '90, con l'ascesa delmodulo di comunicazione otticaNel settore, il copacking fotoelettrico ha iniziato a emergere. Con l'esplosione della domanda di elevata potenza di calcolo e di elevata larghezza di banda quest'anno, il copacking fotoelettrico e le tecnologie correlate hanno nuovamente ricevuto molta attenzione.
Nello sviluppo della tecnologia, ogni fase assume forme diverse, dal CPO 2.5D corrispondente a una richiesta di 20/50 Tb/s, al CPO 2.5D Chiplet corrispondente a una richiesta di 50/100 Tb/s, fino ad arrivare al CPO 3D corrispondente a una velocità di 100 Tb/s.
I pacchetti CPO 2.5Dmodulo otticoe il chip di commutazione di rete sullo stesso substrato per accorciare la distanza della linea e aumentare la densità di I/O, e il 3D CPO collega direttamente il circuito integrato ottico allo strato intermedio per ottenere un'interconnessione con passo I/O inferiore a 50 µm. L'obiettivo della sua evoluzione è molto chiaro: ridurre al minimo la distanza tra il modulo di conversione fotoelettrica e il chip di commutazione di rete.
Attualmente, la tecnologia CPO è ancora in una fase iniziale e presenta ancora problemi quali bassa resa e costi di manutenzione elevati. Inoltre, pochi produttori sul mercato sono in grado di offrire una gamma completa di prodotti correlati alla tecnologia CPO. Solo Broadcom, Marvell, Intel e una manciata di altri attori dispongono di soluzioni completamente proprietarie sul mercato.
Lo scorso anno Marvell ha introdotto uno switch con tecnologia CPO 2.5D che utilizza il processo VIA-LAST. Dopo la lavorazione del chip ottico in silicio, il TSV viene lavorato con la capacità di elaborazione di OSAT, e successivamente il chip elettrico flip-chip viene aggiunto al chip ottico in silicio. 16 moduli ottici e il chip di commutazione Marvell Teralynx7 sono interconnessi sul PCB per formare uno switch, che può raggiungere una velocità di commutazione di 12,8 Tbps.
All'OFC di quest'anno, Broadcom e Marvell hanno anche presentato l'ultima generazione di chip switch da 51,2 Tbps che utilizzano la tecnologia di co-confezionamento optoelettronico.
Dai dettagli tecnici dell'ultima generazione di CPO di Broadcom, il pacchetto CPO 3D, grazie al miglioramento del processo, raggiunge una maggiore densità di I/O, con un consumo energetico di 5,5 W/800 G e un ottimo rapporto di efficienza energetica. Allo stesso tempo, Broadcom sta anche raggiungendo una singola onda di 200 Gbps e 102,4 T CPO.
Cisco ha inoltre incrementato i propri investimenti nella tecnologia CPO e ha presentato una dimostrazione del prodotto CPO all'OFC di quest'anno, mostrando l'evoluzione della tecnologia CPO e la sua applicazione su un multiplexer/demultiplexer più integrato. Cisco ha dichiarato che effettuerà un'implementazione pilota di CPO su switch da 51,2 Tb, seguita da un'adozione su larga scala nei cicli di switch da 102,4 Tb.
Intel ha introdotto da tempo switch basati su CPO e, negli ultimi anni, ha continuato a collaborare con Ayar Labs per esplorare soluzioni di interconnessione del segnale a banda larga con co-packaging, aprendo la strada alla produzione di massa di dispositivi optoelettronici con co-packaging e di interconnessione ottica.
Sebbene i moduli pluggable rimangano la prima scelta, il miglioramento complessivo dell'efficienza energetica offerto dai CPO (Composite Photoelectronics Package) ha attratto un numero sempre maggiore di produttori. Secondo LightCounting, le spedizioni di CPO inizieranno ad aumentare significativamente dalle porte 800G e 1.6T, saranno gradualmente disponibili sul mercato tra il 2024 e il 2025 e raggiungeranno volumi di mercato consistenti tra il 2026 e il 2027. Allo stesso tempo, CIR prevede che il fatturato del mercato del packaging fotoelettrico totale raggiungerà i 5,4 miliardi di dollari nel 2027.
All'inizio di quest'anno, TSMC ha annunciato che collaborerà con Broadcom, Nvidia e altri grandi clienti per sviluppare congiuntamente la tecnologia della fotonica al silicio, i componenti ottici di packaging comune (CPO) e altri nuovi prodotti, passando da una tecnologia di processo a 45 nm a una a 7 nm, e ha affermato che l'obiettivo è di iniziare a soddisfare gli ordini più consistenti nella seconda metà del prossimo anno e raggiungere la fase di produzione di massa intorno al 2025.
In quanto campo tecnologico interdisciplinare che coinvolge dispositivi fotonici, circuiti integrati, packaging, modellazione e simulazione, la tecnologia CPO riflette i cambiamenti apportati dalla fusione optoelettronica, e le modifiche che introduce nella trasmissione dati sono indubbiamente rivoluzionarie. Sebbene per lungo tempo l'applicazione della CPO possa essere limitata ai grandi data center, con l'ulteriore espansione della potenza di calcolo e dei requisiti di elevata larghezza di banda, la tecnologia di co-sigillatura fotoelettrica CPO è diventata un nuovo campo di battaglia.
Si può notare che i produttori che operano nel settore CPO ritengono generalmente che il 2025 sarà un anno cruciale, caratterizzato da una velocità di scambio di 102,4 Tbps, e che gli svantaggi dei moduli plug-in saranno ulteriormente amplificati. Sebbene le applicazioni CPO possano diffondersi lentamente, il co-packaging optoelettronico rappresenta indubbiamente l'unica via per realizzare reti ad alta velocità, elevata larghezza di banda e basso consumo energetico.
Data di pubblicazione: 2 aprile 2024