LPO lwn. CPO: Saling Sambungan Optik Pusat Data Manakah yang Akan Mendominasi Generasi Seterusnya?

Pusat data semakin berkembang, dan kelajuan serta kecekapan telah menjadi elemen teras dalam pembangunannya. Dalam konteks ini, persaingan dalam teknologi interkoneksi optik telah memasuki tahap yang sangat sengit. Laser Phase-Locked Oscillator (LPO) dan Coherent Phase-Locked Oscillator (CPO) telah menjadi teknologi utama dalam bidang ini. Artikel ini akan menganalisis secara terperinci ciri, kelebihan dan cabaran berbeza bagi kedua-dua teknologi ini untuk membantu anda memahami dengan lebih baik peranan pentingnya dalam interkoneksi optik pusat data.

Kebangkitan CPO dan LPO

Penggunaan kuasa modul optik 10Gb tradisional adalah sekitar 1 W (modul kuprum sekitar 2 W). Namun, dengan pengenalan modul optik 400G dan 800G, penggunaan kuasa meningkat dengan pantas sehingga 30 W. Lebih membimbangkan, apabila bilangan modul optik mencapai puluhan (contohnya, 48 modul, jumlah penggunaan kuasa boleh mencecah 48 × 30 = 1440 W), penggunaan kuasanya sering menyumbang 40% atau lebih daripada jumlah penggunaan kuasa keseluruhan peralatan. Peningkatan mendadak penggunaan tenaga peranti komunikasi optik telah memberikan tekanan besar kepada pusat data, khususnya dari segi kos tenaga. Hal ini telah menjadi masalah yang tidak boleh diabaikan. Oleh itu, cara mengurangkan penggunaan kuasa dan menjimatkan tenaga dengan berkesan telah menjadi masalah mendesak dalam industri.

Oleh sebab itu, penyelesaian CPO dan LPO telah muncul dan dengan cepat menjadi dua topik hangat dalam industri modul optik. Pada masa kini, banyak vendor telah mempercepat pembangunan dan susun atur teknologi berkaitan, dengan harapan dapat mendahului gelombang revolusi teknologi ini.

Apakah CPO?

CPO, atau Co-Packaged Optics, ialah teknologi canggih yang menggabungkan optik dan cip pensuisan. Ia menghapuskan keperluan untuk modul optik boleh pasang yang biasa digunakan, dengan merapatkan enjin optik dan cip pensuisan. Seterusnya, ini meningkatkan kelajuan isyarat elektrik antara kedua-duanya, sekali gus meningkatkan prestasi keseluruhan.Penyelesaian CPO lebih kecil dan lebih cekap tenaga berbanding modul optik tradisional, menjadikannya pilihan yang sangat baik.

Perkembangan Teknologi CPO

Perkembangan teknologi CPO boleh dibahagikan kepada dua peringkat khususnya:

Fasa I: Teknologi Optik Berhampiran Pakej (NPO)

Sebelum teknologi CPO matang sepenuhnya, teknologi NPO merupakan program peralihan yang lebih mudah. Ia menawarkan kelebihan kos rendah dan penggunaan kuasa rendah dalam tempoh yang agak singkat dan amat sesuai untuk pembangunan serta penggunaan sistem awal.

Fasa II: Teknologi CPO

Ini ialah bentuk terkini teknologi pensuisan fotonik silikon yang direka untuk meminimumkan kos rangkaian dan penggunaan kuasa. Dalam penyelesaian CPO, enjin optik dan cip pensuisan dibungkus dengan rapat dalam modul yang sama, yang meningkatkan prestasi keseluruhan sistem dan kecekapan tenaga.

Dalam amalan, enjin optik bertanggungjawab terutamanya terhadap penukaran optik/elektrik dalam rangkaian pensuisan. Bentuk yang paling biasa ialah modul boleh pasang, tetapi bentuk produk baharu terus muncul apabila teknologi berkembang. Bentuk CPO mengintegrasikan cip pensuisan dan enjin optik dalam satu slot, manakala NPO meletakkannya secara berasingan pada papan sistem yang sama. Walaupun kedua-duanya menggunakan modul optoelektronik, penggunaan kuasa dan prestasi kecekapannya berbeza disebabkan oleh perbezaan lokasi pakej dan jarak pengkabelan.

Faedah CPO

Bayangkan infrastruktur telekomunikasi berteknologi tinggi yang mengutamakan pengoptimuman ruang dan kecekapan tenaga untuk menangani peningkatan trafik dan kelajuan. Dengan menggabungkan teknologi CPO, kita dapat mencapai komunikasi yang lebih pantas dan boleh dipercayai, di samping mewujudkan ruang untuk teknologi rangkaian berkembang secara pintar dan cekap tenaga. Berikut ialah manfaat utama CPO:

Integriti Isyarat yang Dipertingkatkan

CPO meningkatkan integriti isyarat dengan mengurangkan jarak penghantaran isyarat elektrik, yang bermaksud anda tidak memerlukan pampasan isyarat sebanyak itu. Kemajuan ini bukan sahaja meningkatkan fleksibiliti reka bentuk PCB, malah mengoptimumkan prestasi keseluruhan, menghasilkan lebih banyak kebebasan reka bentuk dan kecekapan.

Reka Bentuk Kompak, Integrasi Tinggi

Teknologi CPO mengintegrasikan komponen fotonik dan elektronik dalam pakej yang sama, sekali gus mengurangkan saiz sistem dengan ketara berbanding kaedah tradisional yang membungkus modul optik dan cip elektronik secara berasingan. Kekompakan ini amat penting dalam litar bersepadu berketumpatan tinggi, apabila setiap inci ruang adalah kritikal.

Kependaman Dikurangkan

CPO dapat mengurangkan penggunaan kuasa dengan ketara dan meningkatkan kecekapan teknologi LPO konvensional dengan mengintegrasikan elektronik dan optik menggunakan proses CMOS. Memandangkan kedua-dua modul optik dan cip elektronik dibungkus dalam bingkai yang sama, laluan penghantaran isyarat dipendekkan dengan ketara, sekali gus mengurangkan kependaman berbanding kaedah pembungkusan berasingan.

Menurut laporan LightCounting pada Disember 2022, permintaan untuk kadar rangkaian bagi HPC (pengkomputeran berprestasi tinggi) sudah lebih 10 kali ganda lebih tinggi daripada kadar semasa. Dalam menghadapi permintaan sedemikian, CPO dijangka mengurangkan penggunaan kuasa seni bina modul optik boleh pasang sedia ada sebanyak 50%, sekali gus menyelesaikan masalah penghantaran interkoneksi berkelajuan tinggi dan berketumpatan tinggi dengan berkesan. Sementara itu, vendor tempatan juga giat menyelidik dan membangunkan teknologi CPO untuk menggalakkan kemajuan dan kematangannya secara berterusan.

Apakah itu LPO?

LPO (Linear Drive Pluggable Optics) merujuk kepada penyelesaian yang menggunakan teknologi pemacu linear langsung dalam modul gentian optik. Tidak seperti reka bentuk modul optik tradisional, LPO menghapuskan komponen lama yang lazim seperti DSP (Digital Signal Processors) dan CDRs (Clock Data Recovery), yang berkesan mengurangkan penggunaan kuasa dan kependaman sistem. Reka bentuk ini hebat kerana cekap tenaga dan berprestasi baik, tetapi mempunyai beberapa pertukaran. Antaranya, ia kurang berkesan dalam membetulkan kesilapan dan tidak dapat mencapai jarak sejauh sistem lain. Oleh itu, teknologi LPO lebih sesuai untuk komunikasi jarak dekat, seperti di dalam pusat data. Teknologi ini amat sesuai apabila kelajuan sangat tinggi diperlukan dan komunikasi tidak semestinya bebas daripada ralat sepenuhnya.

Modul optik boleh pasang tradisional biasanya bergantung pada cip DSP untuk memproses isyarat berkelajuan tinggi bagi memastikan BER yang rendah, tetapi hal ini juga menyebabkan penggunaan kuasa yang lebih tinggi. Dalam kes Modul optik 400G, sebagai contoh, penggunaan kuasa DSP 7nm adalah kira-kira 4W, yang menyumbang hampir separuh daripada penggunaan kuasa keseluruhan modul. Sebaliknya, LPO mengurangkan penggunaan kuasa dengan tidak menyertakan komponen tambahan ini, tetapi mengorbankan jarak penghantaran dan keupayaan pembetulan ralat yang lebih rendah.

Kelebihan LPO

Optik Boleh Palam Pemacu Linear (LPO) menawarkan beberapa kelebihan dalam ruang intersambungan optik yang menjadikannya ideal untuk meningkatkan ketersambungan pusat data dan memenuhi tuntutan rangkaian moden. Berikut ialah beberapa manfaat utama teknologi LPO:

Pertukaran Semasa Operasi dan Penyelenggaraan Dipermudah

Tidak seperti CPO, LPO mengekalkan reka bentuk modular tradisional komponen optik, menjadikannya penyelesaian yang mempunyai gangguan rendah dan mudah diselenggara. Jika satu komponen dalam sistem CPO gagal, keseluruhan suis biasanya perlu dibuka, yang menyukarkan penyelenggaraan. Walau bagaimanapun, LPO menyokong pertukaran panas, menjadikannya lebih mudah untuk menggantikan modul yang gagal tanpa mengganggu operasi sistem, sekali gus meminimumkan masa henti.

Kependaman Dikurangkan

LPO mengetepikan pemproses isyarat digital (DSP) tradisional, sekali gus menghapuskan keperluan untuk proses pengurangan isyarat yang kompleks. Reka bentuk ini menghasilkan overhed pemprosesan sistem yang jauh lebih rendah, yang mengurangkan kependaman dengan berkesan. Hal ini amat penting bagi situasi yang memerlukan kependaman amat rendah, seperti komunikasi antara GPU dalam HPC.

Kos Dikurangkan

Dengan tidak bergantung pada DSP, LPO berkesan mengurangkan penggunaan kuasa dan kos operasi keseluruhan.Teknologi DSP kini didominasi oleh segelintir syarikat (contohnya, Broadcom dan Inphi), menjadikannya kepakaran yang berkos tinggi dan sumbernya terhad.Ketidakbergantungan LPO pada DSP membantu mengurangkan keperluan terhadap sumber yang terhad ini, sekali gus membuka peluang kepelbagaian dalam rantaian bekalan dan meningkatkan daya saing pasaran.

Tahap minat yang tinggi dalam membangunkan dan menggunakan teknologi LPO (Linearly Driven Pluggable Optics) daripada semua pihak, daripada pembuat cip huluan kepada pembekal pensuisan hingga pengguna akhir, menunjukkan bahawa prospek perniagaannya sangat memberangsangkan. Di OFC 2023, syarikat peneraju industri seperti Macom dan Broadcom mempamerkan penyelesaian pemacuan linear mereka, yang semakin menekankan trend teknologi ini. Sementara itu, penyelesaian pemacuan linear yang diperkenalkan oleh Arista telah mendapat pengiktirafan daripada vendor suis terkemuka, termasuk Innovium dan NVIDIA, yang mencerminkan konsensus industri tentang nilai besar teknologi LPO dalam aplikasi rangkaian termaju.

CPO berbanding LPO: Teknologi Mana yang Akan Mendominasi Saling Sambung Optik Pusat Data?

Teknologi LPO mewakili pilihan strategik yang disesuaikan untuk senario tertentu seperti aplikasi jarak dekat. Walaupun LPO tidak menggunakan komponen lama seperti DSP/CDR, yang mungkin menyebabkan sedikit pertukaran prestasi dari segi BER, kelebihan kuasa, kos dan kependaman yang dibawanya adalah ketara. Berbeza daripada CPO, LPO menekankan kecekapan dan pengurangan kos dalam aplikasi tertentu, dan oleh itu mempunyai kekuatan serta kelemahan yang tersendiri.

Walaupun teknologi LPO muncul sedikit lewat berbanding CPO, teknologi ini dijangka menjadi lebih popular dalam pasaran pada kadar yang lebih pantas. Perbezaan antara CPO dan LPO ditunjukkan dalam jadual di bawah:

Prospek dan Cabaran Masa Depan CPO

Pasaran Masa Depan CPO Menjanjikan

Teknologi CPO menyediakan hala tuju baharu untuk meningkatkan ketumpatan interkoneksi optik dan dijangka dikomersialkan untuk aplikasi melebihi 100T. Menurut LightCounting, penghantaran CPO akan bermula dengan port 800G dan 1.6T dan dijangka dikomersialkan antara 2024 hingga 2025. Menjelang 2026 hingga 2027, penghantaran CPO dijangka meningkat dengan ketara dalam senario komunikasi data jarak pendek untuk penyedia perkhidmatan awan berskala hiper, dan permintaan pasaran dijangka berkembang dengan ketara. CIR menjangkakan pasaran CPO mencapai jumlah pendapatan sebanyak $5.4 bilion menjelang 2027.

Bilangan port CPO dijangka meningkat daripada 50,000 pada tahun 2023 kepada 4.5 juta pada tahun 2027 dari segi jualan global. Menjelang tahun 2027, port CPO dijangka merangkumi hampir 30 peratus penghantaran dalam kategori 800G dan 1.6T. Menurut laporan oleh Yole, pasaran CPO akan menjana pendapatan kira-kira $38 juta pada tahun 2022, dan angka ini dijangka meningkat kepada $2.6 bilion menjelang tahun 2033, dengan kadar pertumbuhan tahunan terkumpul (CAGR) sebanyak 46%.

Cabaran untuk CPO

Walaupun teknologi CPO menawarkan harapan baharu untuk interkoneksi optik termaju, teknologi ini masih menghadapi cabaran dari segi kematangan teknologi, keperluan mendesak untuk penerimaan pasaran dan model perniagaan. Isu-isu ini mesti ditangani dengan berkesan agar CPO dapat menjadi penyelesaian arus perdana dalam bidang interkoneksi optik pusat data.

Laluan Teknologi dan Kematangan: Teknologi pengayun berkunci fasa koheren (CPO) masih berada pada peringkat awal pembangunan, dan laluan teknologinya memerlukan penambahbaikan selanjutnya. Walaupun masa depan CPO agak cerah, teknologi ini masih belum mencapai tahap penggunaan meluas dan masih memerlukan masa untuk mengumpulkan lebih banyak kes serta pengalaman praktikal. Sebaliknya, teknologi tradisional modul optik boleh pasang masih mendominasi pasaran, dan CPO mungkin mengambil masa beberapa tahun untuk menggantikannya sebagai penyelesaian arus perdana.

Keperluan Penerapan: Dalam era modul optik 3.2T, keperluan faktor bentuk dan saiz untuk teknologi CPO adalah tinggi. Walau bagaimanapun, dalam era 1.6T semasa, modul optik boleh pasang masih menyediakan penyelesaian arus perdana yang matang, dan konfigurasi 8x200G mereka sudah memenuhi keperluan kebanyakan industri. Permintaan semasa untuk penyelesaian CPO berkelajuan lebih tinggi tidak mendesak, yang mungkin memperlahankan pelancaran pesat CPO di pasaran.

Cabaran Model Perniagaan: Pelaksanaan teknologi CPO memerlukan rizab teknologi fotonik silikon yang besar, yang bermaksud pembangunannya akan sangat bergantung pada kapasiti R&D dan pengeluaran teknologi yang berkaitan. Kebergantungan pada pengeluar tertentu mungkin menjadi halangan utama kepada penggunaan teknologi CPO secara meluas. Pertama, rizab teknologi fotonik silikon dan kerumitan proses pembuatan telah menumpukan pengeluaran dan R&D CPO kepada segelintir pengeluar. Kebergantungan ini mungkin menyebabkan kemunculan monopoli teknologi dalam pasaran, yang seterusnya menjejaskan daya saing dan inovasi teknologi vendor yang berbeza. Selain itu, terlalu bergantung pada satu vendor mungkin mengehadkan pembangunan teknologi, meningkatkan ketidakpastian rantaian bekalan, serta menjejaskan fleksibiliti dan kebebasan pengguna akhir dalam memilih penyelesaian CPO.

Walaupun teknologi CPO menunjukkan potensi yang besar, teknologi ini masih menghadapi cabaran dari segi kematangan teknologi, keperluan pasaran yang mendesak dan penubuhan model perniagaan yang berkaitan.

Prospek dan Cabaran Pembangunan LPO

Kemajuan Industri LPO: Keserentakan di Dalam dan Luar Negara

Teknologi LPO, iaitu penyelesaian sambungan optik yang sedang berkembang, dijangka mencapai pengeluaran besar-besaran menjelang akhir tahun 2024. Memandangkan teknologi ini terus berkembang, vendor utama di seluruh dunia telah melancarkan produk berkaitan. Vendor terkemuka seperti Macom, Semtech dan MaxLinear telah mencapai kemajuan besar dalam pembangunan teknologi, manakala Broadcom sedang giat mempromosikan penyelesaian LPO sendiri. Pakar industri percaya bahawa apabila permintaan terhadap sumber pengkomputeran daripada penyedia perkhidmatan awan Amerika Utara meningkat, syarikat besar seperti Microsoft, Meta, AWS dan Google akan beransur-ansur menggunakan penyelesaian LPO untuk meningkatkan kecekapan pemindahan data dan mengurangkan kependaman.

Cabaran untuk LPO

Walaupun LPO menunjukkan potensi besar untuk interkoneksi optik, masih terdapat beberapa cabaran dalam pembangunannya. Menangani isu-isu ini adalah penting agar teknologi LPO dapat diterima di pasaran. Berikut ialah beberapa cabaran utama yang mungkin dihadapi LPO sepanjang pembangunannya:

Keperluan Kerjasama: Penggunaan LPO memerlukan kerjasama erat antara vendor LPO dan pengeluar suis. Pengeluar modul optik mesti menaik taraf teknologi mereka dan memastikan penyelarasan rapat antara rantaian bekalan huluan dan hiliran untuk memacu kerjasama dan inovasi merentas industri.

Jarak Penghantaran Pendek: LPO direka untuk menghapuskan komponen DSP, yang menyebabkan BER lebih tinggi dan mengehadkan jarak penghantaran isyarat. LPO mungkin tidak sestabil modul optik tradisional apabila menghantar pada jarak jauh. Pada awalnya, LPO boleh mewujudkan sambungan dalam jarak beberapa meter hingga beberapa puluh meter, dan pada masa hadapan, jarak penghantaran mungkin dilanjutkan sehingga 500M. Untuk menangani isu ini, pengoptimuman jarak penghantaran dan pengukuhan mekanisme pembetulan ralat sistem adalah penting.

Penyeragaman masih pada peringkat awal: Proses penyeragaman LPO masih pada peringkat awal, dan kesalingoperasian teknologi ini mungkin menghadapi kesukaran tertentu. Pada masa ini, LPO lebih sesuai digunakan dalam sistem tertutup daripada vendor tunggal. Jika program berbilang vendor diguna pakai dan keupayaan integrasi dalaman tidak mencukupi, ia mungkin menyebabkan ketidakserasian sistem dan masalah dalam pembahagian tanggungjawab. Dalam keadaan ini, penyelesaian berasaskan DSP tradisional mungkin masih lebih berkelebihan.

Had reka bentuk saluran elektrik: LPO mengenakan tuntutan yang lebih tinggi terhadap reka bentuk saluran elektrik pada bahagian sistem. Pada masa ini, SerDes kebanyakannya menggunakan spesifikasi 112G dan dijangka dinaik taraf kepada 224G pada masa hadapan; namun, teknologi LPO mungkin tidak dapat memenuhi keperluan penghantaran SerDes 224G yang akan datang, yang mungkin mengehadkan prestasinya dalam aplikasi penghantaran data berskala besar pada masa hadapan.

Kesimpulannya, walaupun teknologi LPO mempunyai banyak potensi dan kelebihan, lebih banyak inovasi teknologi dan kerjasama industri diperlukan untuk mengatasi cabaran di atas serta merealisasikan penggunaan secara meluas.

Kesimpulan

Walaupun Linear-drive Pluggable Optics (LPO) dan Co-Packaged Optics (CPO) sedang muncul sebagai trend masa depan dalam teknologi interkoneksi pusat data, modul optik boleh pasang masih merupakan penyelesaian standard industri. Apabila permintaan terhadap prestasi yang lebih tinggi dan kependaman yang lebih rendah di pusat data terus meningkat, vendor seperti QSFPTEK telah memperkenalkan modul Ethernet dan InfiniBand boleh pasang 800G. Modul ini mampu memberikan kadar data sehingga 800 Gigabit sesaat, sekali gus menyediakan sokongan lebar jalur yang penting untuk aplikasi HPC. Pada masa hadapan, apabila teknologi terus berkembang dan industri menerima pakai teknologi baharu, CPO dan LPO mungkin secara beransur-ansur menggantikan modul optik boleh pasang sedia ada, khususnya di pusat data hiperskala dan aplikasi pengkomputeran berprestasi tinggi.