Fotonik Silikon dan CPO Memecahkan Had Rangkaian 1.6T

Fotonik silikon dan optik terbungkus bersama sedang membentuk semula infrastruktur interkoneksi pusat data AI untuk era 1.6T. Apabila skala latihan model besar berkembang, permintaan terhadap lebar jalur ultra tinggi dalam kelompok GPU menjadi semakin mendesak. Modul optik boleh pasang tradisional, apabila berkembang ke arah julat frekuensi yang lebih tinggi, menghadapi had fizikal dari segi prestasi terma dan elektrik, sekali gus menjadi halangan kritikal yang mengehadkan realisasi penuh kuasa pengkomputeran. Penggunaan komersial teknologi fotonik silikon dan CPO yang dipercepatkan dijangka memecahkan halangan penggunaan kuasa secara asas untuk rangkaian pengkomputeran pintar generasi seterusnya.

Had Penggunaan Kuasa Optik Boleh Pasang

Modul optik boleh pasang tradisional telah mendominasi rangkaian pengkomputeran setakat ini kerana fleksibiliti penggunaan mereka; namun, apabila kadar data satu lorong melonjak kepada 224 Gbps PAM4, batasan elektrik yang wujud dalam seni bina fizikal tradisional mereka menjadi sangat jelas.

Dalam rangkaian yang menggunakan modul optik tradisional, isyarat elektrik berkelajuan tinggi mesti bergerak dari cip pensuisan merentasi jejak PCB pada papan utama—yang menjangkau lebih sepuluh sentimeter—untuk mencapai panel hadapan. Pada kelajuan ini, frekuensi Nyquist isyarat mencapai 56 GHz; pada jarak sedemikian, isyarat frekuensi tinggi mengalami kesan kulit dan kehilangan dielektrik yang teruk, dengan kehilangan sisipan saluran kerap melebihi 30 dB.

Untuk mengimbangi pengecilan dan herotan isyarat ekstrem yang terhasil, modul optik tradisional mesti mengintegrasikan cip DSP berprestasi tinggi untuk pemprosesan isyarat digital. Ini meningkatkan saiz fizikal dan penggunaan kuasa modul dengan ketara. Pada nod 1.6T, penggunaan kuasa satu modul menghampiri 30 W. Jika suis teras 102.4T diisi sepenuhnya dengan modul optik 1.6T, haba yang dijana oleh sambungan optik sahaja berjumlah beberapa kilowatt. Ketumpatan fluks haba yang ekstrem ini menjadikan penyelesaian penyejukan udara tradisional tidak lagi mampan, manakala susun atur plat sejuk dan reka bentuk paip untuk sistem penyejukan cecair menimbulkan cabaran kejuruteraan yang besar.

Evolusi Seni Bina Fotonik Silikon dan CPO

Untuk mengatasi batasan fizikal yang dikenakan oleh penghalaan papan induk, seni bina fotonik silikon dan Co-Packaged Optics menawarkan penyelesaian terobosan dengan meningkatkan integrasi peranti dan memendekkan interkoneksi elektrik.

Modul optik tradisional bergantung pada himpunan komponen optik diskret, menyebabkan pembungkusan besar dan kehilangan isyarat optik yang tinggi. Sebaliknya, fotonik silikon memanfaatkan proses semikonduktor CMOS yang matang untuk mengecilkan dan mengintegrasikan modulator, pengesan, dan pandu gelombang pasif dengan sangat tinggi ke atas satu cip berasaskan silikon. Penstrukturan semula asas bahan dan proses ini menghapuskan keperluan untuk penindanan komponen optik yang kompleks pada sumber, membolehkan pengecilan ekstrem peranti optoelektronik dan memastikan konsistensi tinggi dalam pembuatan massa.

Berdasarkan tahap integrasi tinggi yang dicapai oleh fotonik silikon, CPO seterusnya mengkonfigurasi semula topologi fizikal peralatan. CPO menggunakan teknologi pembungkusan canggih untuk menggabungkan pakej bersama enjin fotonik silikon dan ASIC pensuisan rangkaian pada satu substrat berbilang cip. Reka bentuk ini memampatkan laluan penghantaran fizikal untuk isyarat elektrik berkelajuan tinggi—mengurangkan jarak daripada lebih sepuluh sentimeter pada papan induk kepada hanya beberapa milimeter dalam substrat. Saling sambungan ultra-pendek ini mengurangkan pelemahan saluran dengan ketara, membolehkan sistem mengguna pakai seni bina pacuan terus linear berkuasa rendah dan secara asasnya menghapuskan pergantungan pada cip DSP yang banyak menggunakan kuasa.

Kecekapan Tenaga Sistem dan Ketumpatan Jalur Lebar

Peralihan daripada komponen diskret kepada penyelesaian berasaskan silikon yang sangat bersepadu—dan daripada jejak PCB yang panjang kepada sambungan terus tahap substrat—telah menstruktur semula seni bina asas secara menyeluruh, menghasilkan manfaat sistem berbilang dimensi yang ketara.

Pencapaian paling segera ialah pengurangan ketara dalam penggunaan tenaga bagi setiap bit yang dihantar. Dengan menghapuskan cip DSP yang menggunakan banyak kuasa, seni bina CPO mengurangkan penggunaan kuasa keseluruhan pautan komunikasi lebih daripada 30%. Pada masa yang sama, penyingkiran DSP menghapuskan kependaman pengiraan yang wujud dalam pemprosesan isyarat digital. Dalam konteks komunikasi kolektif untuk latihan teragih berskala besar, keupayaan laluan terus perkakasan pada aras mikrosaat ini mengurangkan dengan ketara masa menunggu penyegerakan antara nod, sekali gus meningkatkan penggunaan pengiraan sebenar kluster GPU.

Pada peringkat topologi, CPO membebaskan sepenuhnya ruang pada panel hadapan suis. Bahagian hadapan peranti tidak lagi perlu menempatkan sangkar boleh palam yang besar, sebaliknya hanya mengekalkan antara muka gentian optik berketumpatan tinggi dan sumber laser luaran (ELS). Hal ini memungkinkan pencapaian daya pemprosesan pensuisan ultra tinggi melebihi 102.4 Tbps dalam faktor bentuk 1RU; ini bukan sahaja memperkemas hierarki rangkaian leaf-spine, malah turut mengurangkan kerumitan pengkabelan gentian optik dengan ketara untuk kelompok yang terdiri daripada puluhan ribu GPU.

Penyelesaian Fotonik Silikon QSFPTEK 1.6T

Semasa peralihan ke arah seni bina CPO, modul boleh pasang berprestasi tinggi berdasarkan teknologi fotonik silikon kekal sebagai asas praktikal untuk meningkatkan kuasa pengkomputeran. Untuk memenuhi permintaan kluster pengkomputeran AI berskala besar, QSFPTEK telah melancarkan OSFP224 1.6T dan siri 800G bagi modul fotonik silikon, menggunakan proses 224Gbps satu lorong. Dengan menggunakan cip fotonik silikon bersepadu tinggi, produk dwi-kadar ini mengurangkan dengan ketara kedua-dua bilangan komponen diskret dan penggunaan kuasa operasi. Disokong oleh ujian integriti isyarat yang ketat, keseluruhan barisan fotonik silikon berkelajuan tinggi QSFPTEK’ memastikan saling kendali yang stabil dan tahap rendah dengan peralatan rangkaian arus perdana, memudahkan peralihan yang lancar untuk pusat data kepada seni bina rangkaian generasi seterusnya.

Kesimpulan

Bagi nod rangkaian yang beroperasi pada 1.6T dan ke atas, pendekatan tradisional untuk menukar pampasan isyarat elektrik yang lebih tinggi dengan lebar jalur yang lebih tinggi telah mencapai had fizikalnya. Walaupun modul boleh pasang berkelajuan tinggi—seperti 1.6T OSFP224—memenuhi keperluan segera untuk meningkatkan kuasa pengkomputeran, fotonik silikon dan optik terpadat bersama merupakan laluan utama untuk menyelesaikan cabaran penggunaan kuasa sambungan antara jangka panjang. Apabila teknologi integrasi fotonik berasaskan silikon dan pembungkusan terus matang, rangkaian pusat data terus berkembang ke era baharu konfigurasi semula infrastruktur pengkomputeran yang dicirikan oleh kesederhanaan seni bina dan kecekapan tenaga yang tinggi.