Η τεχνολογία CPO (co-packaged optoelectronics) υπάρχει εδώ και αρκετό καιρό αλλά βρίσκεται ακόμα σε στάδιο ανάπτυξης.Ανώτερος διευθυντής οπτικών εξαρτημάτων και ολοκλήρωσης στην Corning Optical Communications, εξήγησε πώς το γυαλί διαδραματίζει βασικό ρόλο στην τοποθέτηση ηλεκτρο-οπτικών μετατροπών με βάση το πυρίτιο όσο το δυνατόν πιο κοντά στους επεξεργαστές πυριτίου.

Τα δίκτυα κέντρων δεδομένων εξελίσσονται ραγδαία, και αυτή η δυναμική επιταχύνθηκε με την άνοδο της τεχνητής νοημοσύνης και την ευρεία ανάπτυξη συστάσεων τεχνητής νοημοσύνης.Ιδιαίτερα με την ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής DGX SuperPOD της NVIDIA και των ομάδων TPU της GoogleΗ αλλαγή αυτή καθοδηγείται από τη ζήτηση υπολογιστών υψηλής απόδοσης για την υποστήριξη της εκπαίδευσης της ΤΝ και των καθηκόντων συμπεράσματος.Η NVIDIA μόνη της αναμένεται να προμηθεύσει εκατομμύρια μονάδες GPU βελτιστοποιημένες με τεχνητή νοημοσύνη ετησίως μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια., που θα φθάσει σε σημαντική κλίμακα έως το 2028.

Ο αριθμός των μονάδων δέκτη που απαιτούνται για την κατασκευή αυτών των δικτύων θα φθάσει δεκάδες εκατομμύρια ετησίως και οι συσκευές αυτές θα πρέπει να λειτουργούν με μέγιστες ταχύτητες 1,6 Tbps και 3,2 Tbps.Οι αναλυτές της βιομηχανίας προβλέπουν ότι κάθε επιταχυντής (GPU) θα είναι εξοπλισμένος με περισσότερους από 10 δέκτες-διαβιβαστές στο μέλλον, πράγμα που σημαίνει ότι η ζήτηση για συνδέσεις οπτικών ινών θα αυξηθεί κατά περίπου 10 φορές σε σύγκριση με τα σημερινά επίπεδα ανάπτυξης.

Σε ένα τυπικό κέντρο δεδομένων, ένας τυπικός αναμιγνύσιμος δέκτης δέκτη Ethernet καταναλώνει περίπου 20 βατ ισχύος.Με βάση τις τρέχουσες αποστολές, εκτιμάται ότι περίπου 200 μεγαβάτ (MW) ισχύος θα αναπτυχθούν σε πομπούς ισχύος το 2024.Βάσει της τροχιάς ανάπτυξης του δέκτη και της αναμενόμενης δεκαπλάσιας αύξησης της ζήτησης για οπτική συνδεσιμότητα, η ανάπτυξη της ισχύος των δέκτη-διαβιβαστών αναμένεται να αυξηθεί σε 2 γιγαβάτ (GW) ετησίως, ισοδύναμη με την ισχύ που παράγεται από ένα μεγάλο πυρηνικό σταθμό.Αυτό δεν περιλαμβάνει την ισχύ που απαιτείται για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών συσκευών από την πλευρά του οικοδεσπότη και των ηλεκτρικών επαναχρονιστών που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων από τα ολοκληρωμένα κυκλώματα στους δέκτες-διαβιβαστές στο μπροστινό άκρο της συσκευής..

Για παράδειγμα, για ένα κέντρο δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης εξοπλισμένο με ένα εκατομμύριο GPU, η εισαγωγή της τεχνολογίας CPO θα μπορούσε να εξοικονομήσει στο κέντρο δεδομένων περίπου 150 μεγαβάτ ισχύος παραγωγής ενέργειας.Εκτός από τη μείωση των επενδύσεων που απαιτούνται για την κατασκευή των αντίστοιχων εγκαταστάσεων παραγωγής ενέργειας, η τεχνολογία αυτή μειώνει επίσης σημαντικά το λειτουργικό κόστος, ανάλογα με τις περιφερειακές διαφορές τιμών ενέργειας, η ετήσια εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε εύκολα να υπερβεί τα 100 εκατ.Με την προώθηση της πρωτοβουλίας "Ανατολική-Δυτική Υπολογιστική", η ζήτηση για μεγάλο εύρος ζώνης,οι οπτικές διασυνδέσεις χαμηλής ισχύος αυξάνονται στα κέντρα υπερυπολογισμών (όπως το Wuxi Sunway TaihuLight) και τα κέντρα ευφυών υπολογιστών (όπως τα κέντρα υπολογιστών τεχνητής νοημοσύνης στο Πεκίνο και το Shenzhen)Η τεχνολογία CPO αναμένεται να είναι το κλειδί για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και την αύξηση της αποδοτικότητας των εγχώριων GPU.Η καινοτομία είναι ζωτικής σημασίας.

Εισαγωγή της τεχνολογίας CPO

Η CPO είναι η τεχνολογία με τις περισσότερες πιθανότητες να ξεπεράσει αυτό το πρόβλημα κατανάλωσης ενέργειας βραχυπρόθεσμα.Αυτή η τεχνολογία μετατοπίζει την ηλεκτρο-οπτική μονάδα μετατροπής από τον πομπό στο μπροστινό πάνελ στο εσωτερικό της συσκευήςΑυτό ελαχιστοποιεί την απώλεια ισχύος στο κανάλι χαλκού, με αποτέλεσμα μια πιο ενεργειακά αποδοτική σύνδεση.,Η κατανάλωση ενέργειας μπορεί να μειωθεί κατά περισσότερο από 50% και σε ορισμένες περιπτώσεις έως και 75%. This energy-saving advantage is achieved not only by reducing the use of high-loss copper channels but also by simplifying or even eliminating the digital signal processor (DSP) required to compensate for electrical signal transmission losses.

Συνοπτικά, η τεχνολογία CPO προσφέρει υψηλής ταχύτητας, χαμηλής ισχύος και χαμηλής καθυστέρησης οπτική συνδεσιμότητα.

Μια άλλη εναλλακτική λύση εξοικονόμησης ενέργειας που αξίζει να εξεταστεί είναι η γραμμική οπτική μονάδα (LPO).μειώνει την κατανάλωση ενέργειας και την καθυστέρηση, διατηρώντας παράλληλα τον συντελεστή μορφής και το οικοσύστημα ενός δέκτη-αποδέκτη που συνδέεται με το μπροστινό πάνελΕνώ η CPO προσφέρει καλύτερη ακεραιότητα σήματος και χαμηλότερη καθυστέρηση, η LPO είναι πιο οικονομικά αποδοτική, ιδιαίτερα για εφαρμογές μικρής εμβέλειας.σε συνδυασμό με το γρήγορο χρόνο κυκλοφορίας της, μπορεί να καθυστερήσει η ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας CPO.

Ωστόσο, καθώς οι ταχύτητες σύνδεσης αυξάνονται σε 200G και μετά, η LPO καταναλώνει περισσότερη ισχύ από την CPO και γίνεται σημαντικά πιο δύσκολη στη διαχείριση, προκειμένου να εξασφαλιστεί υψηλή ποιότητα σήματος.Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, η CPO αναμένεται να γίνει η προτιμώμενη λύση στο μέλλον.

Το γυαλί ενισχύει την τεχνολογία CPO
Το γυαλί αναμένεται να διαδραματίσει βασικό ρόλο στην επόμενη γενιά τεχνολογίας CPO.Για να φέρουν τους ηλεκτρο-οπτικούς μετατροπείς (κυρίως τα τσιπ φωτονικής πυριτίου) όσο το δυνατόν πιο κοντά στους πραγματικούς επεξεργαστές πυριτίου (CPU και GPU), απαιτείται μια νέα τεχνολογία συσκευασίας που όχι μόνο υποστηρίζει μεγαλύτερα μεγέθη υποστρώματος, αλλά επιτρέπει επίσης την οπτική σύνδεση με τα τσιπ φωτονικής πυριτίου.

Οι συσκευασίες ημιαγωγών βασίζονται παραδοσιακά κυρίως σε οργανικά υποστρώματα, τα οποία έχουν υψηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής από το πυρίτιο.για τον περιορισμό του μέγιστου μεγέθους των συσκευασιών ημιαγωγώνΚαθώς η βιομηχανία συνεχίζει να πιέζει για μεγαλύτερα υποστρώματα συσκευασίας στις υφιστάμενες πλατφόρμες βιολογικής τεχνολογίας, reliability issues (such as solder joint integrity issues and increased risk of delamination) and manufacturing challenges (such as high-quality fine-pitch interconnect structures and high-density wiring) have become increasingly prominentΩστόσο, μέσω βελτιστοποιημένου σχεδιασμού, το γυαλί μπορεί να επιτύχει έναν συντελεστή θερμικής διαστολής που να ταιριάζει περισσότερο με αυτόν των τσιπ πυριτίου,υπερβαίνει τα παραδοσιακά οργανικά υποστρώματαΑυτό το ειδικά επεξεργασμένο γυάλινο υπόστρωμα παρουσιάζει εξαιρετική θερμική σταθερότητα, μειώνοντας τη μηχανική πίεση και τη βλάβη κατά τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.Η ανώτερη μηχανική αντοχή και η επίπεδη φύση του παρέχουν μια σταθερή βάση για την αξιοπιστία των συσκευασιών με τσιπΕπιπλέον, τα γυάλινα υποστρώματα υποστηρίζουν υψηλότερη πυκνότητα διασύνδεσης και λεπτότερα επίπεδα, βελτιώνοντας την ηλεκτρική απόδοση και μειώνοντας τις παρασιτικές επιπτώσεις.Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το γυαλί μια εξαιρετικά αξιόπιστη και ακριβή επιλογή για προηγμένες συσκευασίες ημιαγωγώνΩς εκ τούτου, η βιομηχανία συσκευασίας ημιαγωγών αναπτύσσει ενεργά την προηγμένη τεχνολογία υποστρώματος γυαλιού ως τεχνολογία υποστρώματος επόμενης γενιάς.

Υποστρώματα γυάλινων κυματοδρομικών
Εκτός από τις εξαιρετικές θερμικές και μηχανικές του ιδιότητες, το γυαλί μπορεί επίσης να χειριστεί για να λειτουργήσει ως οπτικός κυματοδηγός.Οι κυματοδηγοί σε γυαλί συνήθως δημιουργούνται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ανταλλαγή ιόντωνΗ διακοπή της ακτινοβολίας, που οφείλεται στη διακοπή της ακτινοβολίας, μπορεί να προκαλέσει τη μείωση της ακτινοβολίας σε περιοχές με υψηλότερο δείκτη κάμψης.Αυτές οι τροποποιημένες περιοχές μπορούν να οδηγήσουν το φωςΗ τεχνική αυτή επιτρέπει την ακριβή ρύθμιση των ιδιοτήτων των κυματοειδών, καθιστώντας την κατάλληλη για μια ποικιλία οπτικών εφαρμογών.Το φως μπορεί να διαδοθεί κατά μήκος ενσωματωμένων κυματοειδών γυαλιού και να συνδεθεί αποτελεσματικά σε οπτικές ίνες ή φωτονικά τσιπ πυριτίουΑυτό καθιστά το γυαλί μια ελκυστική επιλογή υλικού για προηγμένες εφαρμογές CPO.

Η ενσωμάτωση ηλεκτρικών και οπτικών διασυνδέσεων στο ίδιο υπόστρωμα συμβάλλει επίσης στην αντιμετώπιση των προκλήσεων πυκνότητας διασυνδέσεων που αντιμετωπίζουν οι εταιρείες κατά την κατασκευή μεγάλων συστάσεων τεχνητής νοημοσύνης.ο αριθμός των οπτικών καναλιών περιορίζεται από τη γεωμετρία των οπτικών ινών· η διάμετρος ενός τυπικού επικάλυψης οπτικών ινών είναι 127 μικρώνΟι γυάλινοι κυματοδείκτες, ωστόσο, επιτρέπουν πυκνότερες διαταγές, αυξάνοντας σημαντικά την πυκνότητα εισόδου/εξόδου (I/O) σε σύγκριση με τις άμεσες συνδέσεις ινών σε τσιπ.

Η ενσωμάτωση των ηλεκτρικών και οπτικών διασυνδέσεων όχι μόνο αντιμετωπίζει τα ζητήματα πυκνότητας, αλλά βελτιώνει επίσης τη συνολική απόδοση και την επεκτασιμότητα των συστάσεων τεχνητής νοημοσύνης.Η συμπαγή φύση των γυάλινων κυματοδηγών επιτρέπει να χωρίζονται περισσότερα οπτικά κανάλια στον ίδιο φυσικό χώρο, αυξάνοντας έτσι την ικανότητα και την αποτελεσματικότητα της μετάδοσης δεδομένων του συστήματος.Η πρόοδος αυτή είναι κρίσιμη για την προώθηση της ανάπτυξης υποδομής τεχνητής νοημοσύνης επόμενης γενιάς σε σενάρια όπου τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης πρέπει να επεξεργάζονται τεράστιες ποσότητες δεδομένων, η τεχνολογία διασύνδεσης υψηλής πυκνότητας είναι το κλειδί για την αποτελεσματική διαχείριση.

Με την ενσωμάτωση κυματοδηγών από γυαλί, ένα πλήρες οπτικό σύστημα μπορεί να κατασκευαστεί στο ίδιο υπόστρωμα, επιτρέποντας στα φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα να επικοινωνούν απευθείας μέσω οπτικών κυματοδηγών.Η διαδικασία αυτή εξαλείφει την ανάγκη διασύνδεσης οπτικών ινών και βελτιώνει σημαντικά το εύρος ζώνης και την κάλυψη της επικοινωνίας μεταξύ των τσιπΣε συστήματα υψηλής πυκνότητας με πολυάριθμα διασυνδεδεμένα συστατικά, η χρήση γυάλινων κυματοδηγών μπορεί να επιτύχει χαμηλότερη απώλεια σήματος, υψηλότερη πυκνότητα εύρους ζώνης,και μεγαλύτερη αντοχή σε σύγκριση με τις διακριτές οπτικές ίνεςΑυτά τα πλεονεκτήματα καθιστούν τους γυάλινους κυματοδηγούς ιδανική επιλογή για συστήματα οπτικής διασύνδεσης υψηλών επιδόσεων.

Η εφαρμογή της τεχνολογίας CPO σε κέντρα δεδομένων επόμενης γενιάς και δίκτυα υπερυπολογιστών τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να αυξήσει το εύρος ζώνης διαφυγής τσιπ, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για υψηλής ταχύτητας,Μετατροπές υψηλής ακτίνας 102T και άνωΟι αρχιτέκτονες δικτύων έχουν τώρα μια μοναδική ευκαιρία να επαναπροσδιορίσουν και να επανασχεδιάσουν τις αρχιτεκτονικές δικτύων.Θα επιτύχουν ανώτερη απόδοση δικτύου, οδηγώντας στη βελτίωση της λειτουργικής αποδοτικότητας και στη βελτιστοποίηση των διαδικασιών.

Συμπεράσματα
Η τεχνολογία CPO έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στην αρχιτεκτονική διασύνδεσης τεχνητής νοημοσύνης σε πολλά επίπεδα.καθιστώντας τα συστήματα AI πιο φιλικά προς το περιβάλλον και οικονομικά αποδοτικάΕπιπλέον, η CPO βελτιώνει την αποτελεσματικότητα και την επεκτασιμότητα των συστημάτων AI, επιτρέποντάς τους να χειρίζονται εύκολα μεγαλύτερες και πιο σύνθετες εργασίες.Η CPO μπορεί να αυξήσει τα ποσοστά μετάδοσης δεδομένωνΤο εν λόγω μέτρο θα συμβάλει επίσης στη μείωση των σημείων συμφόρησης στα μελλοντικά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης, εξασφαλίζοντας ομαλότερη και αποτελεσματικότερη λειτουργία του συστήματος.

Οι μελλοντικές διασυνδέσεις τεχνητής νοημοσύνης αναμένεται να εισάγουν άμεσες οπτικές συνδέσεις, εξαλείφοντας την ανάγκη για διακόπτες υπολογιστών.Αυτή η καινοτομία θα διευρύνει το εύρος ζώνης για εργασίες τεχνητής νοημοσύνης και θα βελτιώσει την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας μεγάλων συνόλων δεδομένωνΤο γυαλί, με τις ανώτερες δυνατότητες μετάδοσης δεδομένων και την επεκτασιμότητά του, είναι ένα ιδανικό υλικό για να επιτρέψει αυτές τις τεχνολογικές εξελίξεις.Οι οπτικοί σύνδεσμοι με βάση το γυαλί θα αποτελέσουν κρίσιμο παράγοντα για τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης επόμενης γενιάς, αποτελώντας μια απαραίτητη υποδομή για υπολογιστές υψηλών επιδόσεων και προηγμένες εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης.
Η NEW LIGHT OPTICS TECHNOLOGY LIMITED θα προσπαθήσει να αξιοποιήσει κάθε ευκαιρία και να συμβάλει.