Comprendre ce qu'est un module optique à son niveau fondamental est le point de départ pour comprendre le CPO. Alors que les modules traditionnels sont des boîtiers externes indépendants et enfichables, le CPO représente une transition d'un « système modulaire » à un « système de puces copackagées ».

Pourquoi les modules enfichables traditionnels atteignent-ils leurs limites physiques ?

Approche de la capsule de réponse :​Les modules enfichables traditionnels atteignent leurs limites physiques à des débits de canal unique-de 224 Gbit/s, car les signaux électriques à haute fréquence-se dégradent rapidement sur les traces des cartes en cuivre, nécessitant des-processeurs de signal numérique (DSP) gourmands en énergie pour restaurer l'intégrité du signal.

Au cours des 20 dernières années, les émetteurs-récepteurs enfichables ont constitué la base des communications de données. Si un module tombait en panne, un ingénieur pouvait le retirer et en insérer un nouveau sans arrêter l'ensemble du commutateur. Cette simplicité plug-and- a rendu la mise à l'échelle des centres de données incroyablement simple.

Cependant, à mesure que nous poussons les vitesses-d'un seul canal vers 224 Gbit/s, nous nous heurtons-aux lois de la physique. Les signaux électriques à haute -fréquence souffrent d'une atténuation extrême (perte de puissance du signal) lorsqu'ils traversent des pistes en cuivre sur une carte de circuit imprimé (PCB).

À 224 Gbit/s, le signal électrique se détériore si rapidement qu'au moment où il traverse 10 à 30 centimètres de carte de cuivre pour atteindre le module enfichable, il est complètement déformé. Il arrive ressemblant à un désordre flou de bruit.

Pour résoudre ce problème, les émetteurs-récepteurs traditionnels s'appuient sur une puce DSP (Digital Signal Processor). Le DSP agit comme un reconstructeur à grande vitesse, utilisant des mathématiques complexes pour « deviner » à quoi ressemblait le signal d'origine et le nettoyer.

Mais les DSP sont incroyablement-énergivores et coûteux. Une seule puce DSP à l'intérieur d'un module optique peut consommer entre 5 et 10 watts de puissance. Multipliez cela par des dizaines d'émetteurs-récepteurs branchés sur un seul commutateur haute -densité, et vous obtenez un énorme problème thermique. La façade du commutateur se transforme en four virtuel.

Même nos émetteurs-récepteurs 400G QSFP-DD hautement optimisés poussent la conception enfichable jusqu'à ses limites d'ingénierie absolues. Au-delà de ces vitesses, tenter de faire fonctionner les traces de cuivre n’est plus une question d’amélioration de la fabrication ; c'est un goulot d'étranglement physique. CPO résout ce problème non pas en essayant d’améliorer le cuivre, mais en supprimant presque entièrement le chemin du cuivre.

Comment le CPO permet-il d’économiser autant d’énergie ?

Approche de la capsule de réponse :​Le CPO permet d'économiser de l'énergie en réduisant le trajet électrique de plusieurs centimètres à quelques millimètres, ce qui permet aux systèmes de supprimer ou de réduire les DSP-énergivores et de réduire les exigences en matière de pilote laser.

Les-avantages en matière d'économie d'énergie du CPO proviennent de deux domaines principaux :

1. Éliminer ou réduire la taille du DSP

Étant donné que la distance entre la puce de commutation (ASIC) et le moteur optique CPO n'est que de quelques millimètres, le signal électrique n'a pratiquement aucune possibilité de se dégrader. Il arrive net et propre.

Cela signifie que le système n'a pas besoin d'un DSP lourd et gourmand en énergie pour effectuer une restauration complexe du signal. Dans de nombreuses conceptions CPO, le DSP peut être complètement éliminé. Cela réduit instantanément de 5 à 10 watts la consommation électrique par port.

2. Réduire la puissance du conducteur

Lorsque les lignes de signal sont courtes, les amplificateurs électriques (pilotes) n'ont pas besoin de pousser autant de tension pour faire passer le signal. Cela réduit la puissance du pilote à une fraction de ce dont les systèmes traditionnels ont besoin.

Les économies d'énergie réelles-de ce changement sont spectaculaires :

Économies par-port :​Selon les données publiées par NVIDIA, le passage à une conception compatible CPO-réduit la consommation électrique de chaque port de 30 watts à seulement 9 watts (soit une diminution de 70 %).

Économies à l'échelle du système :​Dans les-architectures d'IA à grande échelle, l'analyse matérielle de Meta a montré qu'un module enfichable traditionnel de 800 G consomme environ 15 W, tandis que le moteur optique du commutateur Bailly CPO de Broadcom ne consomme que 5,4 W pour 800 G de bande passante fournie (une économie d'énergie de 65 %).

Économiser de l’énergie ne fait pas que réduire votre facture d’électricité ; cela réduit également les coûts de refroidissement. Dans les clusters massifs de formation à l’IA, le refroidissement du matériel nécessite souvent presque autant d’énergie que l’exécution des processeurs eux-mêmes. En éliminant la chaleur au niveau de la puce, le CPO fait de l’informatique IA verte et hautement durable une réalité.

À quoi ressemble un système CPO à l’intérieur ?

Approche de la capsule de réponse :​Un système CPO standard se compose de trois composants principaux : un moteur photonique au silicium pour la conversion électro-optique, un réseau de fibres optiques (FAU) de haute-précision pour la connectivité externe et une puce de commutation de circuit intégré spécifique à l'application (ASIC) agissant comme le cerveau.

À l'intérieur d'une conception optique co-packagée, la disposition physique passe d'une carte-étalée à un micro-système intégré hautement dense. Voici les trois piliers qui composent son intérieur :

1. Le moteur photonique au silicium (PIC)

Contrairement aux émetteurs-récepteurs traditionnels qui utilisent des lasers et des composants optiques individuels et séparés, le CPO s'appuie sur la photonique sur silicium (SiPh). Les circuits intégrés photoniques (PIC) sont fabriqués à l'aide de processus de silicium CMOS standard (les mêmes usines qui fabriquent les processeurs informatiques). Cela permet aux ingénieurs d’imprimer des guides d’ondes optiques microscopiques, des modulateurs et des détecteurs directement sur une puce de silicium.

2. Unité de réseau de fibres (FAU) de haute-précision

Une fois que le moteur photonique au silicium convertit les signaux électriques en lumière, cette lumière doit être canalisée vers des fibres de verre. L'unité de réseau de fibres (FAU) aligne des dizaines de fibres individuelles sur les ports optiques du PIC avec une précision microscopique. Étant donné que les noyaux optiques ne mesurent que quelques micromètres de large, même un minuscule désalignement peut ruiner la connexion.

Lorsque nous fabriquons des assemblages de fibres MPO et de fibres de rupture à haute-densité chez COBTEL, le polissage de la face-extrémité-au niveau du micron est déjà un objectif d'ingénierie majeur. Dans les systèmes CPO, cette précision est mise à l'échelle directement sur le substrat de la puce.

3. Le commutateur ASIC (Core Brain)

Il s'agit du processeur central qui gère le routage réseau. Dans CPO, cette puce massive est placée directement à côté du moteur photonique sur silicium sur un seul substrat de boîtier multi-puces utilisant des technologies de packaging avancées (comme l'empilement 2,5D ou 3D).

La source laser externe (ELS) : mettre l’ampoule à l’extérieur du four

Il existe un défi de conception majeur à l’intérieur d’un package CPO : la chaleur. Le commutateur en silicium ASIC devient incroyablement chaud (fonctionnant comme un petit four), mais les lasers sont très sensibles à la température. Si une puce laser devient trop chaude, son efficacité diminue et sa durée de vie s’effondre.

Pour résoudre ce problème, les architectures CPO utilisent une source laser externe (ELS). L'émetteur laser est complètement retiré du boîtier de puces chaudes et placé sur le panneau avant froid du commutateur. Des câbles à fibres optiques haute-densité guident ensuite la lumière laser non modulée du panneau avant vers le moteur CPO de la puce.

Cette conception protège les "ampoules sensibles à la chaleur" du "four", ce qui rend le système beaucoup plus fiable. Pour maîtriser la dynamique de ces composants, il est très utile d’étudier les principales parties d’un émetteur-récepteur optique.

Principaux types de structure d'emballage des modules optiques CPO

La façon dont les ingénieurs organisent, connectent et empilent physiquement les puces optiques et électriques définit la structure du packaging CPO. Aujourd'hui, l'industrie a opté pour trois structures principales : l'emballage 2D, 2,5D et 3D.

1. 2Emballage D (intégration côte à côte-par-côte)

Dans une configuration 2D, le circuit intégré électronique (EIC) et le circuit intégré photonique (PIC) sont placés côte à côte-côte à-sur le même substrat organique ou PCB.

CPO de liaison filaire :​L'EIC et le PIC se connectent au substrat et de fins fils d'or comblent l'écart entre eux. Bien que ce soit très flexible et simple à construire, les boucles de fils créent une capacité parasite élevée, ce qui limite les performances à haute vitesse-.

Inverser-CPO de la puce :​Les puces sont retournées et de petites bosses métalliques les relient à un substrat en céramique. Cela fournit un chemin de signal plus court et de meilleures performances thermiques, mais les substrats céramiques multicouches -sont chers.

Conditionnement au niveau de la plaquette-Fan Out-(FOWLP) :​Le PIC et l'EIC sont moulés dans une couche de polymère synthétique et des lignes métalliques à haute densité (couches de redistribution ou RDL) sont imprimées dessus pour les relier. Cela élimine complètement les liaisons filaires et les bosses, créant ainsi un module très fin et hautes-performances.

Exemple-du monde réel :Le commutateur CPO Bailly 51.2T de Broadcom utilise FOWLP pour regrouper huit moteurs optiques autour de l'ASIC du commutateur central.

2. 2.5Emballage D (intégration basée sur Interposer-)

L'emballage 2.5D introduit une couche supplémentaire appeléeinterposeurentre les puces actives et le substrat inférieur. Les puces actives se trouvent au-dessus de cet interposeur, qui contient un câblage microscopique incroyablement dense pour acheminer les signaux entre elles.

Interposeur de silicium :​Le PIC et l’EIC reposent sur une fine couche de silicium. Cela correspond parfaitement à la dilatation thermique des puces, empêchant ainsi leur déformation physique. Cependant, le silicium est un semi-conducteur, ce qui peut provoquer un transfert d'énergie des signaux haute fréquence - dans le substrat.

Interposeur de verre :​Les chips reposent sur un intercalaire en verre. Le verre est un isolant électrique exceptionnel, qui maintient les signaux haute fréquence-clairs.

Jalon de l'OFC 2026 :Intel a présenté un prototype CPO à substrat de verre-lors de la conférence sur les communications par fibre optique 2026, démontrant une multiplication par 10 de la densité d'interconnexion.

EMIB (pont d'interconnexion multi-puces intégré-) :​Au lieu d'un interposeur géant et coûteux, un minuscule et mince « pont » de silicium est intégré à l'intérieur du substrat organique, juste sous les bords de la puce pour les relier. Cela permet d'économiser de l'argent et de maintenir une excellente intégrité du signal.

3. 3Emballage D (empilage vertical)

L’emballage 3D représente l’évolution ultime du CPO. Au lieu de placer les puces optiques et électriques côte à côte-côte à-, les ingénieurs les empilent verticalement, les unes directement sur les autres.

PIC comme interposeur :​La puce électronique (EIC) est empilée directement sur la puce optique (PIC) à l'aide d'une liaison hybride avancée cuivre-à-cuivre.

Norme de plate-forme :La plate-forme 3D COUPE (Compact Universal Photonic Engine) de TSMC utilise cette approche, réduisant la capacité parasite d'un incroyable 85 % et réduisant la latence du signal de 95 %.

EIC en tant qu'interposeur :​Le PIC est empilé au-dessus de l’EIC. Cela permet à la puce électronique chaude de se connecter directement au substrat inférieur pour un refroidissement plus facile.

Enrobage de substrat organique :​La photonique au silicium est intégrée directement à l'intérieur d'un substrat organique, à l'aide de-guides d'ondes polymères intégrés pour acheminer la lumière. C'est très rentable-mais susceptible de se déformer sous une chaleur intense.

Voici un résumé des compromis entre ces trois approches structurelles :

Qui construit le CPO ? La carte de l’écosystème mondial

Le CPO n’est pas un effort localisé ; il a déclenché une collaboration mondiale massive dans les domaines de la conception du silicium, du packaging avancé, de la fabrication laser et de l'infrastructure de câblage physique.

1. Géants internationaux du silicium et des systèmes

Nvidia :​Le moteur le plus agressif de la commercialisation du CPO. Le commutateur CPO refroidi par liquide Quantum-X800 Q3450-LD de NVIDIA (utilisant la plate-forme 3D COUPE de TSMC) offre 115,2 Tbit/s de bande passante totale sur 144 ports, supprimant complètement le DSP pour économiser plus de 3 kilowatts d'énergie par rack de commutateurs.

Broadcom :​Le premier pionnier. Après son commutateur CPO Bailly 51.2T, Broadcom a présenté l'ASIC CPO Tomahawk 6 Davisson, atteignant des vitesses de canal unique-de 200 Gbit/s et réduisant la consommation d'énergie optique de 70 %.

Intel :​Capitalisant sur plus de 20 années de recherche, Intel se concentre sur les interconnexions optiques de calcul (OCI) pour relier directement les puces CPU et GPU à l'aide de chemins optiques à bande passante élevée-.

Cisco et Marvel :​Création de routeurs SiliconOne CPO personnalisés et de moteurs photoniques sur silicium 3D intégrés directement dans des XPU personnalisés.

2. Fonderies de semi-conducteurs

TSMC :​Fournir le moteur de fabrication de base avec sa plate-forme COUPE, permettant la liaison hybride 3D -en grand volume de circuits optiques et électriques.

GlobalFoundries (GF Fotonix) et Tower Semiconductor :​Proposer des plates-formes de conception photonique sur silicium ouvertes et hautement standardisées pour les principaux constructeurs technologiques.

3. Leaders de la chaîne d’approvisionnement et des composants

Alignement de précision (FAU) :​Tianfu Telecom est un leader mondial de la fabrication de FAU de haute-précision et de moteurs légers 1,6 T, servant de principal fournisseur de systèmes-IA CPO haut de gamme.

Émetteurs laser (ELS) :​Lumentum et Coherent sont les principaux développeurs de sources laser externes. Pendant ce temps, des entreprises comme Yuanjie Technology ont bâti une position solide sur le marché en fournissant des puces laser CW-DFB.

Infrastructure de commutation et de refroidissement :​Ruijie Networks, H3C et des spécialistes du refroidissement comme Envic proposent des configurations de refroidissement liquide prêtes pour le CPO-pour gérer les charges thermiques élevées.

4. Le rôle de COBTEL dans l'écosystème

En tant que fabricant OEM de composants optiques avancés, COBTEL joue un rôle crucial dans la couche d'infrastructure physique. Les systèmes CPO utilisent un nombre de fibres incroyablement élevé pour acheminer la lumière et les signaux laser. Nos cordons de brassage fibre MPO de haute-précision et nos armoires de serveurs personnalisées sont spécialement conçus pour prendre en charge les tolérances inférieures-microniques et la haute densité requises par les commutateurs CPO et les accélérateurs d'IA.

Le CPO remplacera-t-il complètement les modules enfichables traditionnels ?

Approche de la capsule de réponse :​Non, les modules optiques CPO et enfichables coexisteront-dans un avenir prévisible, car les modules enfichables restent idéaux pour les liaisons longue-très flexibles et échangeables à chaud-, tandis que le CPO cible les clusters d'IA à courte portée-et ultra-dense.

Malgré l'enthousiasme suscité par les optiques co-packagées, il ne s'agit pas d'un remplacement "à taille unique-pour tous-des modules enfichables traditionnels. Au lieu de cela, les deux technologies coexisteront-, chacune remplissant des rôles différents dans le réseau.

Pluggables : roi de l'interurbain et de la flexibilité

Pour les -interconnexions de centres de données (DCI) longue distance-telles que la liaison de deux centres de données à travers une ville ou un État,-les modules enfichables traditionnels comme notre-émetteur-récepteur optique 800 G haute capacité resteront la norme.

Ces liens ne nécessitent pas une intégration de puce ultra-dense, mais ils nécessitent une grande flexibilité. Si un émetteur longue distance- tombe en panne, le remplacement d'un module enfichable du panneau avant- prend quelques secondes et permet au reste du commutateur de fonctionner.

CPO : maître de la courte-distance et de la bande passante ultra-haute

La maison de CPO se trouve à l’intérieur du cluster AI. Pour connecter des GPU à d'autres GPU ou relier des commutateurs spine à l'intérieur d'un seul hall où les distances sont courtes (moins de 100 mètres), la densité de bande passante et les économies d'énergie sont les priorités ultimes.

Dans cet espace, CPO est inégalé.

Les analystes du secteur estiment que le CPO représentera environ 1 % des modules optiques liés à l'IA expédiés. Cependant, à mesure que les architectures 1,6T et 3,2T se développent, la pénétration du marché des CPO devrait atteindre 20 à 35 % entre 2028 et 2030.

Le tremplin : les optiques quasi--packagées (NPO)

Étant donné que le passage des appareils enfichables traditionnels au CPO complet est techniquement complexe, le secteur a adopté une étape intermédiaire appelée Near-Packaged Optics (NPO).