Со-Компактная оптика (CPO)представляет собой архитектуру межсоединений, в которой оптический механизм размещается непосредственно рядом с ASIC коммутатора или процессором вместо маршрутизации высокоскоростных-электрических сигналов через плату к подключаемым модулям на передней-панели. Для центров обработки данных искусственного интеллекта CPO имеет значение, поскольку он устраняет три ограничения, с которыми в первую очередь сталкивается традиционная оптика на высоких скоростях: мощность на бит, плотность полосы пропускания и целостность электрического сигнала. Это не новый форм-фактор модуля. Это изменение-на уровне системы, в котором электрические и оптические функции интегрированы внутри коммутатора.
Сдвиг больше не является теоретическим. На выставке GTC 2025 компания NVIDIA продемонстрировала свои фотонные переключатели Quantum-X и Spectrum-X с кремниевыми-фотонными процессорами, встроенными в корпус, а наOFC 2025 широкий круг поставщиков продемонстрировал оптические двигатели, встроенные в пакеты ASIC.. Вопрос для большинства команд больше не в том, реален ли CPO, а в том, где и когда он подойдет.
Что такое со-корпусная оптика?
Co-Packaged Optics перемещает оптический механизм -, иногда называемый фотонным чиплетом -, с лицевой панели на подложку коммутатора, расположенную рядом с ASIC. Цель состоит в том, чтобы сократить электрический путь между чипом и точкой, где сигналы преобразуются в свет.
В традиционной подключаемой архитектуре ASIC коммутатора передает высокоскоростные-электрические сигналы по сантиметрам трассы печатной платы на приемопередатчики, установленные на передней панели. Эта модель зрелая, гибкая и простая в обслуживании. Но по мере того, как скорость -линий возрастает до 200G и выше, эти электрические пути потребляют все большую долю общей мощности системы, и их становится все сложнее проектировать.
CPO меняет геометрию. Сигнал проходит электрически всего несколько миллиметров перед преобразованием в оптический, а не 15–30 см поперек платы. Практический эффект в одном предложении: оптический ввод-вывод перемещается настолько близко к чипу, что коммутатор может обеспечить гораздо большую пропускную способность с гораздо меньшим электрическим напряжением.
CPO — это то же самое, что кремниевая фотоника?
Нет, и различие имеет значение. Кремниевая фотоника — это производственная платформа, используемая для создания фотонных интегральных схем. CPO – это системная архитектура, котораяиспользуеткремниевая фотоника как одна из перспективных технологий. Например, фотонные двигатели NVIDIA построены по технологии TSMC COUPE, в которой электронный кристалл размещается поверх фотонного кристалла - кремниевая фотоника является строительным блоком, а CPO — это способ сборки коммутатора.
Почему центры обработки данных искусственного интеллекта приближают оптику к чипу
Кластеры искусственного интеллекта генерируют интенсивный трафик с востока-на запад между графическими процессорами, ускорителями, хранилищами и коммутаторами. Рабочие нагрузки по обучению и выводам перемещают огромные объемы данных с жесткими требованиями к задержке и согласованности, а дорожная карта сети опережает возможности передней-оптической панели.
Сдвиг вызывает три фактора давления, которые дополняют друг друга.
Пропускная способность растет быстрее, чем электрическая дальность.Сети переходят от 400G к 800G, иОжидается, что оптические модули 1,6T начнут коммерческое внедрение примерно в 2025–2026 годах.. Поскольку полоса пропускания коммутатора ASIC примерно удваивается каждые 18–24 месяца, а полезная электрическая зона действия меди сокращается при более высоких скоростях SerDes, модель с подключаемой передней панелью упирается в стену где-то в районе поколения коммутаторов со скоростью 102,4 Тбит/с.
Мощность на бит теперь является числом-уровня объекта.Это показатель, который фактически влияет на решения о закупках. Традиционный подключаемый модуль 800G работает примерно от 15 до 20 пикоджоулей на бит; Реализации CPO нацелены на около 5 пДж/бит, но возможный путь ниже этого значения. Независимые демонстрации подтверждают это -Чипсет оптического ввода-вывода Intel потребляет около 5 пДж/бит по сравнению примерно с 15 пДж/бит для подключаемых модулей.. При использовании сотен тысяч портов в большом учебном кластере экономия от 10 до 15 Вт на каждый порт в сумме дает мегаватты на уровне здания. Поскольку одна стойка-по прогнозу будет потреблять сотни киловатт, каждый ватт, не потраченный в сети, станет ваттом, доступным для вычислений.
Плотность передней-панели соответствует жесткому потолку.Большая пропускная способность означает больше портов, больше кабелей, больше тепла и более сильный поток воздуха. Лицевой панели не так много, и за нее конкурируют съемные клетки. Перемещение преобразования на подложку устраняет это геометрическое ограничение.
Вот почему CPO наиболее актуален для крупных ИИ, высокопроизводительных вычислений, облачных и гипермасштабных сред -, где эти три фактора возникают в первую очередь. Он не предназначен для замены каждого модуля в каждом центре обработки данных.
Краткий обзор архитектуры CPO
Это помогает рассматривать CPO как набор строительных блоков, а не как что-то одно. Каждый из них переносит проблему куда-то в новое место.
| Строительный блок | Что он делает | Почему это важно для CPO |
|---|---|---|
| Переключить ASIC | Переключает трафик; размещает высокоскоростные-линии ввода-вывода | По мере увеличения пропускной способности увеличивается количество полос движения и скорость движения, что ограничивает доступ к электрической сети. |
| Оптический двигатель (фотонный чиплет) | Преобразует электрическое в оптическое и обратно. | Устанавливается на подложке ASIC или рядом с ней, сокращая электрический путь до миллиметров. |
| Внешний лазерный источник | Обеспечивает свет, который модулирует двигатель. | Самая горячая часть корпуса скрыта для надежности; часто-заменяемый для устранения-наиболее подверженных сбоям компонентов |
| Соединение волокна-с-чипом | Выравнивает оптоволоконные массивы и разъемы относительно двигателя | Внутри--коробки прокладка оптоволокна и допуски на выравнивание становятся первоочередными-задачами при проектировании. |
| Управление и мониторинг | Диагностика, локализация неисправностей, тепловая телеметрия | Гораздо важнее, чем при использовании подключаемых модулей, поскольку двигатель интегрирован, а не заменяем. |
На лазерной стратегии стоит остановиться, потому что именно с ее помощью поставщики незаметно решают проблему с удобством обслуживания. Поскольку лазер является наиболее-частью оптической линии связи, подверженной сбоям, во многих конструкциях используется подключаемый внешний лазер. Например, фотонные переключатели NVIDIA питают восемь двигателей со скоростью 1,6 Тбит/с от одного сменного лазерного модуля, что также сокращает количество лазеров, необходимых на единицу полосы пропускания. С точки зрения эксплуатации, главным индикатором смерти лазера является устойчивый рост тока смещения лазера, в то время как оптический выходной сигнал остается неизменным - телеметрия, которую системы мониторинга должны отслеживать, а не полагаться только на получаемую мощность.
Что именно меняется, когда оптика приближается к ASIC?
«Что меняется в CPO» — это часть большинства обзоров, которая остается туманной. Конкретно, это меняет сразу пять вещей, и команда, оценивающая CPO, должна рассматривать каждую сделку отдельно, а не как одну сделку.
Дизайн переключателя.Оптика перестает быть сменным модулем, который есть в наличии у оператора, и становится частью платы, разрабатываемой OEM. Ретаймер DSP, который формирует сигналы для длинной трассы печатной платы, часто можно полностью исключить, что обеспечивает большую часть экономии энергии.
Термический менеджмент.Оптический механизм теперь установлен рядом с высокомощной-интегральной схемой ASIC. Лазеры, модуляторы и особенно кольцевые резонаторы -чувствительны к температуре; - кольцевые-конструкции требуют постоянного управления небольшим-нагревателем для поддержания температуры фотонной ИС. Тепловые зоны внутри коммутатора становятся проблемой проектирования, а не второстепенной мыслью.
Управление волокнами.Преобразование происходит на подложке, что означает, что волокно необходимо проложить, закрепить и выровнять.внутрикоробка. Надежность разъема, характеристики изгиба и допуск на выравнивание переходят от «проблемы с кабелем» к «проблеме производительности системы».
Обслуживание.Технический специалист может снять и заменить приемопередатчик на передней-панели за считанные секунды. Совместно-движок невозможно заменить таким образом. Резервирование, ремонт, изоляция неисправностей и то, что операторы называют «радиусом взрыва» -, насколько снижается при выходе из строя одного элемента - — все это меняется.
Закупки и жизненный цикл.Подключаемые модули дают операторам преимущества: множество совместимых поставщиков, удобные запасные части, поэтапные обновления. Более интегрированная оптическая система сужает эту область и связывает оптику с жизненным циклом коммутатора. Это реальная стоимость, не имеющая ничего общего с оптическими характеристиками.
Честно говоря, CPO не просто снижает мощность. Это переносит сложность - с электрического пути на упаковку, тепловое проектирование, производительность и полевые операции.
CPO, сменная оптика или LPO: что выбрать?
CPO обычно сравнивают с двумя альтернативами: обычной подключаемой оптикой и линейной подключаемой оптикой (LPO). Они связаны между собой, но решают разные проблемы, и для многих команд реалистичный выбор в ближайшей-срочной перспективе — между подключаемым модулем и LPO, при этом CPO отслеживается для следующего поколения платформ.
| Архитектура | Где стоит оптика | Основное преимущество | Основное ограничение | Лучше всего подходит |
|---|---|---|---|---|
| Сменная оптика | Каркас модуля передней-панели | Развитые, от разных-поставщиков, с возможностью горячей-замены, на основе стандартов- | Более высокая мощность на бит (~ 15–20 пДж/бит при 800G) и электрические-достигают предельных значений на высокой скорости | Широкое развертывание в центрах обработки данных, на предприятиях и в телекоммуникациях |
| ЛПО | Сменный форм-фактор на передней-панели, упрощенный путь прохождения сигнала | Удаляет встроенный DSP; обычно потребляемая мощность на 30–50 % ниже, чем у подключаемых модулей на базе DSP-, сохраняется подключаемая рабочая модель | Требуется более строгий контроль-уровня сигнала-системы; более короткая досягаемость | Короткие-достигаемые,-чувствительные к мощности каналы искусственного интеллекта |
| CPO | Оптический движок на подложке коммутатора ASIC | Самая высокая плотность полосы пропускания и самая низкая мощность на бит (целевое значение ~ 5 пДж/бит); убирает потолок плотности передней-панели | Более сложное обслуживание, упаковка, тепловой дизайн и зрелость экосистемы. | Масштабное-переключение AI/HPC, особенно масштабируемое-фабрики |
Практические рамки принятия решений:
- Выбирайте сменную оптикукогда операционная гибкость,-резервное использование нескольких поставщиков и быстрая замена полей имеют наибольшее значение, - что по-прежнему имеет значение для большинства сетей.
- Рассмотрим ЛПОкогда вам нужно снизить мощность и задержку на коротких дистанциях, но вы хотите сохранить знакомую подключаемую модель. LPO – это мост с меньшим-риском, и у него есть видные сторонники - на OFC 2025, соучредитель Arista Энди Бехтольшайм продолжаларгументируйте в пользу LPO как лучшей альтернативы на ближайший-срочный срок.
- Отслеживать цену за закупкукогда плотность полосы пропускания, мощность на бит и долгосрочное масштабирование после 800G перевешивают-уровень обслуживания модулей-, и особенно для масштабируемых-фабрик внутри кластеров искусственного интеллекта.
Формулировка, которая помогает больше всего: CPO — это не решение о покупке модуля, а решение об архитектуре системы-коммутации. Отнеситесь к этому таким образом, и большая часть путаницы прояснится.
Преимущества совместной-оптической оптики для сетей искусственного интеллекта
Главным преимуществом является энергоэффективность в масштабе. Broadcom заявляет о примерно 30-процентной экономии энергии и о снижении стоимости оптики на 40 % за бит благодаря своей платформе CPO, а также плотности полосы пропускания порядка 1 Тбит/с на миллиметр. Энергия-на-битовый разрыв - около 15 пДж/бит для подключаемых модулей по сравнению с целевым значением 5 пДж/бит для CPO - — это то, что превращается в мегаватты на уровне объекта-в большом кластере.
Плотность полосы пропускания является вторым преимуществом, и она носит структурный, а не поэтапный характер. Выйдя из лицевой панели, CPO удаляет потолок передней-панели, который ограничивает возможности подключаемых конструкций, когда пропускная способность коммутатора превышает примерно 102,4 Тбит/с. Задержка также может улучшиться при упрощении пути сигнала, хотя задержку всегда следует оценивать на уровне всей системы, а не только на оптическом механизме.
Также начинают поступать данные о надежности, что важно для технологии, долгое время остававшейся «многообещающей». В октябре 2025 года компания Broadcom сообщила, что компания Meta протестировала свое решение CPO в течение одного миллиона каналов-часов без единого сбоя в соединении в условиях высоко-лаборатории при высоких{3}}температурных характеристиках-, которые необходимы операторам, прежде чем доверять не-необслуживаемой оптике в производстве.
Проблемы CPO и препятствия при развертывании
Проблемы реальны, и они по большей части не оптические. Это проблемы упаковки, термические, эксплуатационные и экосистемные проблемы.
Управление температурным режимомэто самое тяжелое. Двигатель расположен рядом с горячим ASIC, а кольцевые резонаторы, в частности, требуют активного нагрева, чтобы поддерживать -длину волны -, поэтому конструкция должна управлять теплом, который генерирует двигатель и от которого зависит. Температурный дрейф напрямую угрожает долгосрочной-надежности.
Упаковка и выходдавай следующий. Совместная-интеграция электронных и фотонных кристаллов требует усовершенствованной упаковки, точного выравнивания и методов тестирования, которые все еще находятся в стадии разработки. Производительность и технологичность, а не чистые оптические характеристики часто являются решающими факторами массового производства.
Удобство эксплуатации и радиус взрываизменить операционную модель. Сменные лазерные источники смягчают худший случай, но операторы по-прежнему теряют простой рабочий процесс «вытащил и заменил» и комфорт, присущий нескольким взаимозаменяемым поставщикам.
Готовность экосистемысвязывает это вместе. CPO зависит от координации между-поставщиками полупроводниковых коммутаторов, поставщиками оптических-двигателей, производителями лазеров, поставщиками оптоволоконных-подключений, партнерами по упаковке и операторами облачных вычислений, согласованными со спецификациями таких организаций, какОптический межсетевой форум (OIF)и IEEE. Эта координация формируется, но еще не завершена.
Консенсус рынка отражает это. Даже аналитики оптимистичны в отношении этой технологии -SemiAnalysis не ожидает быстрого внедрения масштабируемого-CPO среди гипермасштабировщиков в ближайшем будущем.даже несмотря на то, что те же операторы берут на себя обязательства перед поставщиками для-масштабирования. CPO растет в первую очередь там, где преимущества явно оправдывают сложность: очень большие фабрики искусственного интеллекта, гипермасштабируемые структуры и кластеры HPC.
Когда центрам обработки данных с искусственным интеллектом следует рассмотреть возможность использования совместно-оптической оптики?
Обратите пристальное внимание на CPO, если ваш план включает в себя коммутаторы с очень высоким-радиксом, каналы 800G или 1,6T, большие кластеры графических процессоров или строгие целевые значения мощности-на-бит-, и особенно если ваша текущая конструкция уже ограничена питанием, охлаждением, целостностью сигнала или плотностью лицевой панели. Когда стоимость и сложность масштабирования подключаемых архитектур продолжают расти, компромиссы-с точки зрения CPO начинают выглядеть выгодными.
CPO, вероятно, не является правильным решением, если вашими приоритетами являются эксплуатационная гибкость, быстрая замена, широкий выбор поставщиков и поэтапные обновления. Для большинства корпоративных центров обработки данных и центров обработки данных общего-назначения современные подключаемые оптические устройства по-прежнему лучше подходят, а LPO является вариантом с меньшим-потреблением энергии для коротких-дальностью и чувствительных к питанию-каналов.
Заменит ли CPO сменную оптику?
Не в ближайшем будущем. Подключаемые трансиверы имеют развитую цепочку поставок, широкую поддержку стандартов, совместимость с различными-вендорами и проверенную операционную модель, и они будут продолжать обслуживать большинство центров обработки данных, корпоративных, телекоммуникационных и облачных приложений.Продукты CPO,-готовые к развертыванию, появятся только в 2025 году., причем первые масштабируемые-развертывания ожидаются в 2026 году на платформах коммутаторов следующего-поколения.
Более ясная картина — многоуровневая экосистема. Сменная оптика остается основной. LPO служит мостом пониженной-мощности, поддерживающим подключаемую модель. И CPO становится центральным элементом там, где полоса пропускания, мощность и плотность превосходят возможности передней-оптики, - наиболее решающую роль в масштабировании-фабрик AI, где она позиционируется как главный драйвер роста пропускной способности во второй половине этого десятилетия. Будущее – это не победа одной архитектуры; каждый из них соответствует разным характеристикам, стоимости и эксплуатационным требованиям.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Что означает CPO?
О: CPO означает Co-Packaged Optics, архитектура, в которой оптические модули размещаются рядом с ASIC коммутатора или корпусом процессора, а не на передней панели.
Вопрос: CPO — это то же самое, что кремниевая фотоника?
Ответ: Нет. Кремниевая фотоника — это производственная платформа для создания фотонных интегральных схем. CPO — это системная архитектура, которая может использовать кремниевую фотонику в качестве технологии.
Вопрос: В чем разница между CPO и LPO?
О: LPO сохраняет формат подключаемого модуля, но удаляет встроенный DSP для снижения энергопотребления и задержки, что обычно позволяет сэкономить от 30 до 50 % по сравнению с подключаемыми модулями на основе DSP-. CPO переносит оптический механизм на подложку ASIC и более фундаментально меняет архитектуру системы.
Вопрос: Действительно ли CPO снижает энергопотребление?
О: Это существенно снижает энергию на бит - с примерно 15 пДж/бит для подключаемых модулей до целевого значения 5 пДж/бит - за счет устранения длинных электрических дорожек и повторных таймеров DSP. Обратите внимание на нюанс: CPO эффективен на бит, но по своей сути он не является компонентом малой-мощности, поскольку лазеры и кольцевые резонаторы по-прежнему потребляют мощность, в том числе для терморегулирования.
Вопрос: Какую роль кремниевая фотоника играет в CPO?
Ответ: Кремниевая фотоника обеспечивает интегрированные оптические механизмы, лежащие в основе большинства конструкций CPO. Установка электронного кристалла на фотонный кристалл -, как в процессе TSMC COUPE -, позволяет оптическому механизму располагаться на подложке переключателя.
Вопрос: Каковы основные препятствия на пути внедрения CPO?
Ответ: Управление температурным режимом рядом с горячими ASIC, сложность упаковки и производительности, снижение удобства обслуживания в полевых условиях и больший радиус взрыва, а также зрелость экосистемы и стандартов. Ни один из них не касается в первую очередь оптических характеристик.
Вопрос: Доступен ли CPO коммерчески?
Ответ: Продукты,-готовые к развертыванию, появятся в 2025 году. Важными этапами в обеспечении надежности станут такие испытания Broadcom, как -миллион-часов ссылок-с Meta. Первые масштабные масштабируемые-развертывания ожидаются в 2026 году, однако широкое внедрение будет постепенным и неравномерным.
Вопрос: Должны ли корпоративные центры обработки данных сейчас заботиться о CPO?
О: Для большинства предприятий, а не как немедленная покупка. Это стоит воспринимать как входную информацию для дорожной карты, но подключаемая оптика - и LPO для чувствительных к мощности -коротких расстояний - остаются более подходящими до тех пор, пока полоса пропускания, мощность или плотность действительно не вызовут изменения.
Заключение
Co-Packaged Optics – одно из наиболее важных архитектурных изменений в высокоскоростных-сетях центров обработки данных. Перенеся оптическое преобразование на подложку коммутатора, оно снижает энергию на бит до 5 пДж/бит, увеличивает плотность полосы пропускания за пределы передней-панели и дает сетям искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений возможность масштабироваться за пределы 800G и 1,6T. Доказательства перешли от слайдов к доставляемым продуктам и реальным данным о надежности.
Однако CPO не является-заменой сменной оптики. Он заменяет проблемы с электрическими-досягаемостью вопросами упаковки, термическими,-управлениями оптоволокном и эксплуатационными проблемами-, а также сужает возможности рычагов закупок, к которым привыкли операторы. Для большинства команд правильный подход является многоуровневым: держите проверенную сменную оптику там, где она подходит, используйте LPO для коротких-мощностей и отслеживайте CPO для нового-поколения высокоплотных ИИ и высокопроизводительных сетей, особенно-масштабируемого. Ключевой ментальный сдвиг прост: CPO — это не решение о покупке модуля, это решение о коммутаторной-архитектуре системы -, и на этой основе оно уже участвует в любом серьезном обсуждении дорожной карты сети ИИ.
