Co-Packed Optics (CPO)е архитектура за свързване, която поставя оптичния механизъм директно до ASIC на превключвателя или процесора, вместо да маршрутизира високо-скоростни електрически сигнали през платката към преден-модули на панела. За центровете за данни с изкуствен интелект CPO е от значение, защото атакува трите ограничения, които конвенционалната оптика удря първо при висока скорост: мощност на бит, плътност на честотната лента и цялост на електрическия сигнал. Това не е нов форм фактор на модула. Това е промяна-на системно ниво в начина, по който електрическите и оптичните функции са интегрирани в превключвателя.
Промяната вече не е теоретична. На GTC 2025 NVIDIA демонстрира своите фотонни превключватели Quantum-X и Spectrum-X със силициеви-фотонични двигатели, интегрирани в пакета, и наOFC 2025 широка гама от доставчици показаха оптични двигатели, вградени в ASIC пакети. Въпросът за повечето екипи вече не е дали CPO е реален, а къде и кога пасва.
Какво представлява Co-Packed Optics?
Co-Packaged Optics премества оптичния двигател - понякога наричан фотонен чиплет - от лицевата плоча към субстрата на превключвателя, близо до ASIC. Целта е да се съкрати електрическият път между чипа и точката, където сигналите се преобразуват в светлина.
В традиционна архитектура с възможност за включване, ASIC на превключвателя управлява високо{0}}скоростни електрически сигнали през сантиметри от печатната платка до трансивърите, монтирани на предния панел. Този модел е зрял, гъвкав и лесен за обслужване. Но тъй като скоростта на-лента се покачва до 200G и повече, тези електрически пътища консумират все по-голям дял от общата мощност на системата и стават по-трудни за чисто проектиране.
CPO променя геометрията. Сигналът преминава само няколко милиметра електрически, преди да се преобразува в оптичен, вместо 15 до 30 см през платка. Практическият ефект, с едно изречение: оптичният I/O се придвижва достатъчно близо до чипа, така че превключвателят да може да прокара много повече честотна лента с много по-малко електрическо напрежение.
CPO същото ли е като Silicon Photonics?
Не, и разграничението има значение. Силициевата фотоника е платформа за производство, използвана за изграждане на фотонни интегрални схеми. CPO е системна архитектура, коятоизползвасилициевата фотоника като една позволяваща технология. Фотонните двигатели на NVIDIA, например, са изградени върху процеса COUPE на TSMC, който подрежда електронна матрица върху фотонна матрица - силициевата фотоника е градивният елемент, CPO е начинът, по който се сглобява в комутатор.
Защо AI центровете за данни приближават оптиката до чипа
AI клъстерите генерират интензивен трафик от изток-запад между графични процесори, ускорители, хранилище и комутатори. Работните натоварвания за обучение и изводи преместват огромни обеми данни с ограничено забавяне и изисквания за съгласуваност, а пътната карта на мрежата изпреварва това, което оптиката на предния{2}}панел може удобно да достави.
Три натиска задвижват промяната и те се натрупват едно върху друго.
Ширината на честотната лента се мащабира по-бързо от електрическия обхват.Мрежите преминават от 400G към 800G иОптичните модули 1.6T се очаква да влязат в ранно търговско внедряване около 2025 до 2026 г.. Тъй като честотната лента на ASIC на превключвателя се удвоява приблизително на всеки 18 до 24 месеца, докато използваемият електрически обхват на медта се свива при по-високи скорости на SerDes, моделът с преден{3}}включващ се панел се сблъсква с преграда някъде около поколението на превключватели от 102,4 Tbps.
Мощността на бит вече е номер-на ниво на съоръжение.Това е показателят, който всъщност определя решенията за обществени поръчки. Традиционен 800G модул, който може да се включва, работи приблизително 15 до 20 пикоджаула на бит; Реализациите на CPO са насочени към около 5 pJ/bit, с надежден път под това. Независими демонстрации подкрепят това -Оптичният входно-изходен чиплет на Intel консумира около 5 pJ/bit срещу приблизително 15 pJ/bit за модули, които могат да се включват. В стотици хиляди портове в голям клъстер за обучение, спестяването на 10 до 15 вата на порт добавя до мегавати на ниво сграда. С един стелаж от висок клас, проектиран да черпи стотици киловати, всеки ват, който не е изразходван в мрежата, е ват, наличен за изчисление.
Плътността на предния{0}}панел е твърд таван.По-голямата честотна лента означава повече портове, повече кабели, повече топлина и по-силен въздушен поток. Има само толкова много лицева плоча и щепселните клетки се конкурират за нея. Преместването на преобразуването върху субстрата премахва това геометрично ограничение.
Ето защо CPO е най-подходящ за големи AI, HPC, облачни и хипермащабни среди - местата, където тези три натиска идват първи. Той не е предназначен да замени всеки модул във всеки център за данни.
Архитектурата на CPO с един поглед
Помага да видите CPO като набор от градивни елементи, а не като едно нещо. Всеки от тях измества проблема на ново място.
| Градивен елемент | Какво прави | Защо има значение в CPO |
|---|---|---|
| Превключете ASIC | Превключва трафика; хоства високо{0}}скоростните I/O ленти | С нарастването на капацитета броят на лентите и скоростта се увеличават, което натоварва електрическия обхват |
| Оптичен двигател (фотонен чиплет) | Преобразува електрически в оптичен и обратно | Седи върху или до ASIC субстрата, свивайки електрическия път до милиметри |
| Външен лазерен източник | Доставя светлината, която двигателят модулира | Пазена от най-горещата част на опаковката за надеждност; често полеви-сменяеми за справяне с-податливия на повреда компонент |
| Свързване-влакно към-чип | Подравнява влакнестите масиви и конекторите към двигателя | В--кутията маршрутизирането на влакна и толерансът на подравняване стават-загриженост при проектирането на първа поръчка |
| Управление и мониторинг | Диагностика, изолация на повреди, термична телеметрия | Много по-критично, отколкото при щепсели, тъй като двигателят е интегриран, а не сменяем |
Заслужава си да се спрем на лазерната стратегия, защото там продавачите тихо решават проблема с обслужването. Тъй като лазерът е най-податливата-на повреда част от оптичната връзка, много проекти използват външен лазер, който може да се включва. Фотонните превключватели на NVIDIA, например, захранват осем 1,6 Tbps двигателя от един сменяем лазерен модул, което също намалява броя на лазерите, необходими за единица честотна лента. В оперативна гледна точка водещият индикатор за смърт на лазера е постоянно нарастване на тока на отклонение на лазера, докато оптичният изход остава равен - телеметрия, която системите за наблюдение трябва да наблюдават, вместо да разчитат само на мощността на приемане.
Какво точно се променя, когато оптиката се приближи до ASIC?
„Какво променя CPO“ е частта, която повечето прегледи оставят неясна. По-конкретно, това променя пет неща наведнъж и екип, който оценява CPO, трябва да разсъждава за всяко поотделно, а не като за една сделка.
Дизайн на превключвател.Оптиката спира да бъде сменяем модул, който операторът съхранява, и започва да бъде част от платката, проектирана от OEM. DSP ретаймерът, който обуславя сигналите за дълга следа на PCB, често може да бъде напълно елиминиран, откъдето идва голяма част от спестяването на енергия.
Топлинно управление.Оптичният двигател сега се намира до високо{0}}мощен ASIC. Лазерите, модулаторите и особено пръстеновидните резонатори са температурно-чувствителни - пръстеновидни-проекти се нуждаят от постоянен малък-контрол на нагревателя, за да поддържа фотонната интегрална схема при температура. Термичните зони вътре в превключвателя се превръщат в проблем при дизайна, а не в закъснение.
Управление на влакна.Преобразуването, което се случва върху субстрата, означава, че влакното трябва да бъде насочено, обезопасено и подравненовътрекутията. Надеждността на конектора, производителността на огъване и толерансът на подравняване преминават от „загриженост за окабеляването“ към „загриженост за издръжливостта на системата“.
Поддръжка.Техник може да изтегли и смени трансивъра на предния-панел за секунди. Съв-опакованият двигател не може да бъде сменен по този начин. Щадене, ремонт, изолиране на грешки и това, което операторите наричат „радиус на взрив“ - колко пада, когато един елемент се повреди - всички промени.
Снабдяване и жизнен цикъл.Pluggables предоставят на операторите лост: множество оперативно съвместими доставчици, лесни резервни части, постепенни надстройки. Една по-интегрирана оптична система стеснява това поле и свързва оптиката с жизнения цикъл на превключвателя. Това е реална цена, която няма нищо общо с оптичните характеристики.
Честното обобщение е, че CPO не просто намалява мощността. Той премества сложността - от електрическия път към опаковки, топлинен дизайн, добив и полеви операции.
CPO срещу Pluggable Optics срещу LPO: Кое да изберете?
CPO обикновено се съпоставя с две алтернативи: конвенционална плъгируема оптика и линейна плъгируема оптика (LPO). Те са свързани, но решават различни проблеми и за много екипи реалистичният-срочен избор е между pluggable и LPO, като CPO се проследява за следващото поколение платформа.
| Архитектура | Където седи оптиката | Основно предимство | Основно ограничение | Най-добро прилягане |
|---|---|---|---|---|
| Щепселна оптика | Клетка на модула на предния{0}}панел | Разработено, много-доставчици, горещо-сменяемо, базирано-на стандарти | По-висока мощност на бит (~15–20 pJ/bit при 800G) и електрически-граници на обхвата при висока скорост | Широки центрове за данни, корпоративни и телеком внедрявания |
| LPO | Форм-фактор на предния{0}}панел, опростен сигнален път | Премахва вградения DSP; обикновено 30–50% по-ниска мощност в сравнение с DSP-базирани щепселни модули, поддържа щепселния оперативен модел | Изисква по-строг контрол-на нивото на сигнала-на системата; по-къс обхват | Кратък{0}}обхват,-чувствителни към мощност AI връзки |
| CPO | Оптичен двигател на ASIC субстрат на превключвателя | Най-висока плътност на честотната лента и най-ниска мощност на бит (~5 pJ/бит цел); премахва тавана на плътността на предния{1}}панел | По-трудно обслужване, опаковка, топлинен дизайн и зрялост на екосистемата | Високо{0}}мащабно превключване на AI/HPC, особено мащабиране на-фабрики |
Практическа рамка за вземане на решения:
- Изберете щепселна оптикакогато оперативната гъвкавост, много-спестяването на доставчици и бързата подмяна на полето са най-важни -, което все още е в повечето мрежи.
- Помислете за LPOкогато се нуждаете от по-ниска мощност и латентност на къси разстояния, но искате да запазите познатия щепселен модел. LPO е мостът с по-нисък-риск и има видни защитници - на OFC 2025, съ-основателят на Arista Анди Бехтолшайм продължи дааргументирайте LPO като по-добра алтернатива в-срочен план.
- Проследяване на CPOкогато плътността на честотната лента, мощността на бит и дългосрочното-мащабиране над 800G превъзхождат модула{2}}обслужване на ниво - и особено за мащабируеми-фабрики в рамките на AI клъстери.
Рамката, която помага най-много: CPO не е решение за закупуване на модул, а решение за превключвател-системна архитектура. Отнасяйте се по този начин и по-голямата част от объркването ще изчезне.
Предимства на Co-Packed Optics за AI мрежи
Главното предимство е енергийната ефективност в мащаб. Broadcom претендира за приблизително 30% икономия на енергия и 40% по-ниска цена на оптика за бит от своята CPO платформа, заедно с плътност на честотната лента от порядъка на 1 Tbps на милиметър. Разликата-на-бит - около 15 pJ/bit за щепсели срещу цел от 5 pJ/bit за CPO - е това, което се превръща в-мегавати на ниво съоръжение в голям клъстер.
Плътността на честотната лента е второто предимство и то е по-скоро структурно, отколкото нарастващо. Като избягва лицевата плоча, CPO премахва тавана на предния-панел, който ограничава дизайните с възможност за включване, след като капацитетът на превключвателя премине приблизително 102,4 Tbps. Латентността също може да се подобри, когато пътят на сигнала се опростява, въпреки че латентността винаги трябва да се преценява на пълно системно ниво, а не само на оптичното устройство.
Започват да пристигат и данни за надеждността, което има значение за технология, отдавна заседнала като „обещаваща“. През октомври 2025 г. Broadcom съобщи, че Meta тества своето CPO решение за един милион часа-връзка без нито една клапа на връзката при висока-температурна лабораторна характеристика - вида доказателства, от които се нуждаят операторите, преди да се доверят на не-обслужваема оптика в производството.
CPO предизвикателства и бариери при внедряването
Предизвикателствата са реални и най-вече не са оптични. Те са проблеми с опаковката, термични, оперативни и екосистемни проблеми.
Топлинно управлениее най-трудно. Двигателят се намира до горещ ASIC и по-специално пръстеновидните резонатори изискват активно нагряване, за да останат на-дължина на вълната -, така че дизайнът трябва да управлява топлината, която двигателят генерира и зависи от нея. Температурният дрейф директно застрашава-дългосрочната надеждност.
Опаковка и рандеманелате следващия. Съв-интегрирането на електронни и фотонни матрици изисква усъвършенствано опаковане, плътно подравняване и методи за тестване, които все още се развиват. Добивът и технологичността, а не суровите оптични характеристики, често ограничават обемното производство.
Обслужваемост и радиус на ударпромяна на модела на работа. Включващите се лазерни източници смекчават най-лошия случай, но операторите все още губят простия работен процес „издърпайте и сменете“ и комфорта на множество взаимозаменяеми доставчици.
Готовност на екосистематаго свързва заедно. CPO зависи от координацията между доставчици на комутатори-силиций, доставчици на оптични-двигатели, производители на лазери, доставчици на оптична-свързаност, партньори за опаковане и облачни оператори, съгласувани със спецификации от органи катоФорум за оптични мрежи (OIF)и IEEE. Тази координация се формира, но не е завършена.
Пазарният консенсус отразява това. Дори анализаторите са оптимистични за технологията -SemiAnalysis не очаква бърза крива на възприемане-за мащабиране на CPO сред хипермащабите в близко бъдеще, въпреки че същите тези оператори се ангажират с доставчиците за-увеличаване. CPO расте първо там, където предимствата ясно оправдават сложността: много големи AI фабрики, хипермащабни тъкани и HPC клъстери.
Кога центровете за данни с изкуствен интелект трябва да обмислят Co-Packed Optics?
Обърнете специално внимание на CPO, ако вашата пътна карта включва много-превключватели с радикс, 800G или 1,6T връзки, големи GPU клъстери или стриктни цели за мощност-на-бит - и особено ако текущият ви дизайн вече е ограничен от мощност, охлаждане, цялост на сигнала или плътност на лицевата плоча. Когато цената и трудността на мащабирането на pluggable архитектури продължават да растат, компромисите-на CPO започват да изглеждат благоприятни.
CPO вероятно не е правилният незабавен ход, ако вашите приоритети са оперативна гъвкавост, бърза подмяна, широк избор на доставчик и постепенни надстройки. За повечето корпоративни центрове и центрове за данни с-общо предназначение, зрялата щепселна оптика остава по-подходяща днес, с LPO като опция с по-ниска-енергия за връзки с кратък-обхват,-енергия.
Ще замени ли CPO Pluggable Optics?
Не и в близко бъдеще. Сменяемите приемо-предаватели имат зряла верига за доставки, широка поддръжка на стандарти, оперативна съвместимост с множество-доставчици и доказан оперативен модел и ще продължат да обслужват повечето центрове за данни, корпоративни, телекомуникационни и облачни приложения.Продуктите-готови за внедряване CPO пристигнаха едва през 2025 г, като първите хипермащабни-внедрявания се очакват през 2026 г. на платформи за превключване от следващо-поколение.
По-ясната картина е слоеста екосистема. Включващата се оптика остава масова. LPO служи като мост с по-ниска-мощност, който поддържа модела с щепсел. И CPO става централно място, където честотната лента, мощността и плътността изтласкват това, което оптиката на предния-панел може да направи - най-решително в мащабиране-на AI тъкани, където е позиционирана да бъде основният двигател на растежа на честотната лента през последната част на това десетилетие. Бъдещето не е една печеливша архитектура; всеки от тях е съобразен с различна производителност, цена и оперативни изисквания.
ЧЗВ
В: Какво означава CPO?
О: CPO означава Co-Packaged Optics, архитектура, която поставя оптичните двигатели близо до ASIC на превключвателя или пакета на процесора, вместо на предния панел.
Въпрос: CPO същото ли е като силициевата фотоника?
О: Не. Silicon photonics е производствена платформа за изграждане на фотонни интегрални схеми. CPO е системна архитектура, която може да използва силициева фотоника като позволяваща технология.
Въпрос: Каква е разликата между CPO и LPO?
О: LPO запазва формата на щепселния модул, но премахва вградения DSP, за да намали мощността и латентността, като обикновено спестява от 30 до 50% в сравнение с DSP-базираните щепселни устройства. CPO премества оптичния двигател върху ASIC субстрата и променя системната архитектура по-фундаментално.
В: Наистина ли CPO намалява консумацията на енергия?
О: Намалява значително енергията на бит - от приблизително 15 pJ/bit за щепселни устройства до цел от 5 pJ/bit - чрез елиминиране на дълги електрически следи и DSP таймери. Обърнете внимание на нюанса: CPO е ефективен за бит, но по своята същност не е компонент с ниска-мощност, тъй като лазерите и пръстеновидните резонатори все още черпят енергия, включително за термичен контрол.
В: Каква роля играе силициевата фотоника в CPO?
A: Silicon photonics осигурява интегрираните оптични двигатели в сърцето на повечето дизайни на CPO. Подреждането на електронна матрица върху фотонна матрица - като в процеса COUPE на TSMC - е това, което позволява на оптичния двигател да седи върху субстрата на превключвателя.
Въпрос: Какви са основните пречки пред приемането на CPO?
A: Термично управление в съседство с горещ ASIC, сложност на опаковане и добив, намалена възможност за обслужване на място и по-голям радиус на взривяване, както и зрялост на екосистемата и стандартите. Нито едно от тях не е основно за оптична производителност.
В: Предлага ли се CPO вече в търговската мрежа?
О: Готови за внедряване-продукти пристигнаха през 2025 г. с етапи на надеждност като един-милион-линк-часов тест на Broadcom с Meta. Първите хипермащабни-внедрявания се очакват през 2026 г., но широкото приемане ще бъде постепенно и неравномерно.
Въпрос: Трябва ли корпоративните центрове за данни да се грижат за CPO сега?
О: За повечето предприятия, не като незабавна покупка. Струва си да се разбере като въведена пътна карта, но сменяема оптика - и LPO за мощност-чувствителни къси обсеги - остават по-подходящи, докато честотната лента, мощността или плътността наистина не наложат промяната.
Заключение
Co-Packaged Optics е една от най-последователните архитектурни промени във високо-мрежовите центрове за данни. Чрез преместване на оптичното преобразуване върху субстрата на превключвателя, той намалява енергията на бит до 5 pJ/bit, повишава плътността на честотната лента след тавана на предния-панел и дава на AI и HPC мрежи път за мащабиране над 800G и 1,6T. Доказателствата се преместиха от слайдуер към доставка на продукти и реални данни за надеждност.
Но CPO не е капка{0}}в заместител на щепселната оптика. Той търгува с електрически-проблеми с обхвата за опаковане, термично управление,-управление на оптични влакна и оперативни - и стеснява обхвата на лоста за доставки, с който са свикнали операторите. За повечето екипи правилната стойка е многослойна: поддържайте зряла щепселна оптика там, където е подходяща, използвайте LPO за по-ниски-мощни къси обсеги и проследявайте CPO за следващо-поколение с висока-плътност AI и HPC тъкани, особено мащабиране-. Ключовата мисловна промяна е проста: CPO не е решение за закупуване на модул, това е решение за превключвател-системна архитектура - и на тази основа вече принадлежи към всеки сериозен разговор за пътна карта на AI мрежа.
