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康宁专稿 | 光电共封装(CPO):数据中心网络和处理技术的未来

[2025-08-08 09:53:57] 来源: 编辑: 点击量:
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导读: 由于人工智能技术和网络模型的快速发展,铜互联技术已难以维系当前的需求,将数据中心的处理能力和网络容量推至极限边缘。 为了应对数据中心网络需求的指数级增长,同时降

 由于人工智能技术和网络模型的快速发展,铜互联技术已难以维系当前的需求,将数据中心的处理能力和网络容量推至极限边缘。

 
      为了应对数据中心网络需求的指数级增长,同时降低因处理速度、带宽和密度提升所带来的能耗,光学连接必须更贴近网络和处理芯片(IC),以缩短连接芯片的铜线布线长度。光电共封装(CPO)通过将光学收发器(通常称为光子芯片)与芯片封装在同一硅基板上,实现了这一目标;这项技术大幅缩短了光学元件与电气芯片之间的电气路径长度,由此降低了功耗,同时实现了前所未有的带宽集中度。
 
光纤完胜铜缆:我来解释原因
      当数据传输速率达到200 Gb/s时,通过铜缆传输电信号所需的功耗开始显著增加并达到难以承受的水平,而这正是CPO技术成为更优解决方案的临界点。CPO系统仍然需要通过光收发器来完成光电转换过程,但其位置发生了变化,从位于交换设备面板上的可插拔模块,转移到与箱内目标芯片近距离共封装的小型芯片(或芯粒)。数据中心芯片领域巨头博通和英伟达都已推出了基于CPO技术的数据中心网络产品,运行速度分别为51.2 Tb/s和102.4 Tb/s。
 
一“纤”牵起多点
      以精确对准且可靠的方式将光纤连接至这些收发器芯粒或光子集成电路(PIC),是CPO系统发展的重要驱动力量。目前,实现这一目标的方法是将单模光纤阵列耦合到PIC的边缘或表面。这两种方法各有利弊,目前有多家芯片组企业正并行推进相关研发工作。但无论采用何种方法,光纤类型都是一样的,为此康宁正在积极研发高性能的“光纤到芯片”连接解决方案。
 
      早期的CPO系统,如博通和英伟达针对以太网交换推出的解决方案,采用了高通道数的光纤阵列单元(FAU),旨在将光纤纤芯与PIC内部的对应波导进行精确对接。这些FAU的制造难度很大,因为它们需要满足以下要求:高光纤数配置、混合使用单模(SM)光纤和保偏(PM)光纤、根据光纤到芯片的耦合机制集成微光学元件、极高精度的公差对准、专为CPO优化的光纤以及多个连接器组件。康宁完全有能力为客户提供这些复杂的“箱内”线束,并且正在扩大业务规模以满足CPO技术普及带来的行业发展需求。
 
      作为2025年光网络与通信研讨会及博览会(OFC)活动议程的一部分,康宁发布了GlassWorks AI™解决方案项下的CPO FlexConnect™光纤——这是康宁专为满足人工智能网络需求打造的一站式解决方案,覆盖数据中心内外场景。CPO FlexConnect™光纤采用单模设计,具有出色的抗弯曲性能,针对短距离配置场景进行了专项优化,尤其适用于箱内CPO光纤部署场景。
 
      下图为FAU组件的结构示意图,图中右侧为PIC端的FAU,左侧是单模/保偏光纤线束和多个光学连接器,这些连接器在系统面板内侧进行对接。
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