การใช้เทคโนโลยีการบรรจุร่วมทางออปโตอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแก้ปัญหาการส่งข้อมูลจำนวนมหาศาล ตอนที่หนึ่ง

โดยใช้ออปโตอิเล็กทรอนิกส์เทคโนโลยีการบรรจุร่วมเพื่อแก้ปัญหาการส่งข้อมูลจำนวนมหาศาล

ด้วยการพัฒนาพลังการประมวลผลที่สูงขึ้น ปริมาณข้อมูลจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริมาณการรับส่งข้อมูลในศูนย์ข้อมูลรูปแบบใหม่ เช่น โมเดล AI ขนาดใหญ่และการเรียนรู้ของเครื่อง กำลังส่งเสริมการเติบโตของข้อมูลตั้งแต่ต้นจนจบและไปยังผู้ใช้ ข้อมูลจำนวนมหาศาลจำเป็นต้องถูกส่งต่ออย่างรวดเร็วไปยังทุกมุม และอัตราการส่งข้อมูลก็ได้รับการพัฒนาจาก 100GbE เป็น 400GbE หรือแม้แต่ 800GbE เพื่อให้สอดคล้องกับพลังการประมวลผลและความต้องการในการโต้ตอบข้อมูลที่เพิ่มขึ้น เมื่ออัตราการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้น ความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องในระดับบอร์ดก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก และ I/O แบบดั้งเดิมไม่สามารถรับมือกับความต้องการที่หลากหลายในการส่งสัญญาณความเร็วสูงจาก ASics ไปยังแผงด้านหน้าได้ ในบริบทนี้ การบรรจุร่วมทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ CPO จึงเป็นที่ต้องการ

ความต้องการการประมวลผลข้อมูลเพิ่มสูงขึ้น, CPOออปโตอิเล็กทรอนิกส์ความสนใจในการปิดผนึกร่วม

ในระบบสื่อสารด้วยแสง โมดูลแสงและชิปสวิตช์เครือข่าย (AISC) จะถูกบรรจุแยกกัน และโมดูลออปติคอลอุปกรณ์นี้ถูกเสียบเข้ากับแผงด้านหน้าของสวิตช์ในโหมดเสียบใช้งานได้ โหมดเสียบใช้งานได้ไม่ใช่เรื่องแปลกใหม่ และการเชื่อมต่อ I/O แบบดั้งเดิมจำนวนมากถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันในโหมดเสียบใช้งานได้ แม้ว่าโหมดเสียบใช้งานได้ยังคงเป็นตัวเลือกแรกในทางเทคนิค แต่โหมดเสียบใช้งานได้ก็มีปัญหาบางอย่างเกิดขึ้นเมื่ออัตราการส่งข้อมูลสูงขึ้น และความยาวของการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ออปติคอลกับแผงวงจร การสูญเสียการส่งสัญญาณ การใช้พลังงาน และคุณภาพจะถูกจำกัดเมื่อความเร็วในการประมวลผลข้อมูลเพิ่มขึ้น

เพื่อแก้ไขข้อจำกัดของการเชื่อมต่อแบบดั้งเดิม การบรรจุภัณฑ์ร่วมแบบออปติคอล-อิเล็กทรอนิกส์ (CPO) จึงเริ่มได้รับความสนใจ ในการบรรจุภัณฑ์ร่วมแบบออปติคอล โมดูลออปติคอลและชิปสวิตช์เครือข่าย (AISC) จะถูกบรรจุรวมกันและเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าในระยะสั้น ทำให้เกิดการรวมออปติคอล-อิเล็กทรอนิกส์ที่กะทัดรัด ข้อดีในด้านขนาดและน้ำหนักที่เกิดจากการบรรจุภัณฑ์ร่วมแบบออปติคอล-อิเล็กทรอนิกส์แบบ CPO นั้นเห็นได้ชัด และยังทำให้สามารถลดขนาดและเพิ่มขนาดของโมดูลออปติคอลความเร็วสูงได้อีกด้วย โมดูลออปติคอลและชิปสวิตช์เครือข่าย (AISC) จะถูกจัดวางให้อยู่รวมกันบนแผงวงจรมากขึ้น และความยาวของใยแก้วนำแสงสามารถลดลงได้อย่างมาก ซึ่งหมายความว่าการสูญเสียระหว่างการส่งสัญญาณสามารถลดลงได้

จากข้อมูลการทดสอบของ Ayar Labs พบว่า การจัดวางอุปกรณ์แบบ CPO (Cost-Potential Optical Package) สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับโมดูลออปติคอลแบบเสียบปลั๊กทั่วไป จากการคำนวณของ Broadcom พบว่า ในโมดูลออปติคอลแบบเสียบปลั๊กขนาด 400G การจัดวางแบบ CPO สามารถประหยัดพลังงานได้ประมาณ 50% และเมื่อเทียบกับโมดูลออปติคอลแบบเสียบปลั๊กขนาด 1600G การจัดวางแบบ CPO สามารถประหยัดพลังงานได้มากกว่า การจัดวางแบบรวมศูนย์ยังทำให้ความหนาแน่นของการเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความล่าช้าและการบิดเบือนของสัญญาณไฟฟ้าจะดีขึ้น และข้อจำกัดด้านความเร็วในการส่งข้อมูลจะไม่เหมือนกับโหมดเสียบปลั๊กแบบดั้งเดิมอีกต่อไป

อีกประเด็นหนึ่งคือต้นทุน ระบบปัญญาประดิษฐ์ เซิร์ฟเวอร์ และสวิตช์ในปัจจุบันต้องการความหนาแน่นและความเร็วสูงมาก ความต้องการในปัจจุบันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากไม่ใช้การบรรจุร่วม CPO จะต้องใช้ตัวเชื่อมต่อระดับสูงจำนวนมากในการเชื่อมต่อโมดูลออปติคอล ซึ่งมีต้นทุนสูงมาก การบรรจุร่วม CPO สามารถลดจำนวนตัวเชื่อมต่อได้ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการลดต้นทุนการผลิต (BOM) การบรรจุร่วม CPO และส่วนประกอบโฟโตอิเล็กทริกเป็นวิธีเดียวที่จะทำให้ได้เครือข่ายความเร็วสูง แบนด์วิดท์สูง และใช้พลังงานต่ำ เทคโนโลยีการบรรจุส่วนประกอบซิลิคอนโฟโตอิเล็กทริกและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกันนี้ ทำให้โมดูลออปติคอลอยู่ใกล้กับชิปสวิตช์เครือข่ายมากที่สุด เพื่อลดการสูญเสียช่องสัญญาณและความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ปรับปรุงความหนาแน่นของการเชื่อมต่ออย่างมาก และให้การสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการเชื่อมต่อข้อมูลอัตราสูงในอนาคต