Co-Packaged Optics (CPO)este o arhitectură de interconectare care plasează motorul optic direct lângă comutatorul ASIC sau procesor, în loc să direcționeze semnalele electrice de mare{0}}viteză pe placă către modulele conectabile-panoului frontal. Pentru centrele de date AI, CPO contează deoarece atacă cele trei constrângeri pe care optica convențională le lovește prima la viteză mare: puterea pe bit, densitatea lățimii de bandă și integritatea semnalului electric. Acesta nu este un nou factor de formă de modul. Este o schimbare-la nivel de sistem a modului în care funcțiile electrice și optice sunt integrate într-un comutator.
Schimbarea nu mai este teoretică. La GTC 2025, NVIDIA și-a demonstrat comutatoarele fotonice Quantum-X și Spectrum-X cu motoare de siliciu-fotonice integrate în pachet și laOFC 2025 o gamă largă de furnizori au arătat motoare optice încorporate în pachetele ASIC. Întrebarea pentru majoritatea echipelor nu mai este dacă CPO este real, ci unde și când se potrivește.
Ce este Co-Packaged Optics?
Co-Packaged Optics mută motorul optic - numit uneori chiplet fotonic - de la placa frontală la substratul comutatorului, aproape de ASIC. Scopul este de a scurta calea electrică dintre cip și punctul în care semnalele se transformă în lumină.
Într-o arhitectură tradițională conectabilă, comutatorul ASIC transmite semnale electrice de mare-viteză pe centimetri de urmărire PCB către transceiverele montate pe panoul frontal. Acest model este matur, flexibil și ușor de întreținut. Dar, pe măsură ce ratele pe-bandă cresc la 200G și mai mult, acele căi electrice consumă o cotă din ce în ce mai mare din puterea totală a sistemului și devin mai greu de proiectat curat.
CPO modifică geometria. Semnalul parcurge doar câțiva milimetri electric înainte de a se transforma în optic, mai degrabă decât 15 până la 30 cm pe o placă. Efectul practic, într-o singură propoziție: I/O optică se deplasează suficient de aproape de cip, încât un comutator poate împinge mult mai multă lățime de bandă cu mult mai puțină solicitare electrică.
Este CPO la fel cu Silicon Photonics?
Nu, iar distincția contează. Fotonica cu siliciu este o platformă de fabricație folosită pentru a construi circuite integrate fotonice. CPO este o arhitectură de sistem careutilizărifotonica cu siliciu ca o tehnologie care permite. Motoarele fotonice NVIDIA, de exemplu, sunt construite pe procesul COUPE de la TSMC, care stivuiește o matriță electronică deasupra unei matrițe fotonice - fotonica cu siliciu este elementul de bază, CPO este modul în care este asamblată într-un comutator.
De ce centrele de date AI împing optica mai aproape de cip
Clusterele AI generează trafic intens de est-vest între GPU-uri, acceleratoare, stocare și switch-uri. Volumul de lucru pentru instruire și inferență mută volume enorme de date cu cerințe stricte de latență și coerență, iar foaia de parcurs a rețelei depășește ceea ce poate oferi optica panoului frontal-confort.
Trei presiuni conduc schimbarea și se agravează una pe cealaltă.
Lățimea de bandă crește mai repede decât raza electrică.Rețelele trec de la 400G la 800G șiSe preconizează că modulele optice 1.6T vor intra în implementare comercială timpurie în jurul anilor 2025-2026. Întrucât lățimea de bandă ASIC a comutatorului se dublează aproximativ la fiecare 18 până la 24 de luni, în timp ce raza electrică utilizabilă a cuprului se micșorează la rate SerDes mai mari, modelul conectabil-panoului frontal se lovește de un perete undeva în jurul generației de comutatoare de 102,4 Tbps.
Puterea pe bit este acum un număr-la nivel de unitate.Aceasta este metrica care mută de fapt deciziile de achiziție. Un modul conectabil tradițional 800G rulează aproximativ 15 până la 20 de picojouli pe bit; Implementările CPO vizează aproximativ 5 pJ/bit, cu o cale credibilă sub aceasta. Demonstrațiile independente susțin acest lucru -Chipul optic I/O Intel consumă aproximativ 5 pJ/bit față de aproximativ 15 pJ/bit pentru modulele conectabile. În sute de mii de porturi dintr-un grup mare de antrenament, economisirea de 10 până la 15 wați per port se adaugă la megawați la nivelul clădirii. Cu un singur rack high-end proiectat să consume sute de kilowați, fiecare watt necheltuit în rețea este un watt disponibil pentru calcul.
Densitatea-panoului frontal este un tavan dur.Mai multă lățime de bandă înseamnă mai multe porturi, mai multă cablare, mai multă căldură și un flux de aer mai greu. Există doar atâta placă frontală, iar cuștile conectabile concurează pentru ea. Mutarea conversiei pe substrat elimină această limită geometrică.
Acesta este motivul pentru care CPO este cel mai relevant pentru mediile mari AI, HPC, cloud și hiperscale - locurile unde aceste trei presiuni ajung mai întâi. Nu este conceput pentru a înlocui fiecare modul din fiecare centru de date.
Arhitectura CPO dintr-o privire
Vă ajută să vedeți CPO ca un set de blocuri de construcție, mai degrabă decât un singur lucru. Fiecare schimbă o problemă într-un loc nou.
| Bloc de construcție | Ce face | De ce contează în CPO |
|---|---|---|
| Comutați ASIC | Comută traficul; găzduiește benzile-I/O de mare viteză | Pe măsură ce capacitatea crește, numărul benzilor și viteza benzii cresc ambele, încordând raza electrică |
| Motor optic (ciplet fotonic) | Transformă electricul în optic și înapoi | Se așează pe sau lângă substratul ASIC, prăbușind calea electrică la milimetri |
| Sursă laser externă | Furnizează lumina pe care o modulează motorul | Ferită de cea mai tare parte a pachetului pentru fiabilitate; adesea câmp-înlocuit pentru a aborda cea mai predispusă-componentă de defecțiune |
| Cuplaj-la-fibră | Aliniază rețelele de fibre și conectorii la motor | În interiorul-cutiei-, rutarea fibrelor și toleranța de aliniere devin preocupări de design de primă-comandă |
| Management si monitorizare | Diagnosticare, izolarea defecțiunilor, telemetrie termică | Mult mai critic decât cu prizele, deoarece motorul este mai degrabă integrat decât schimbabil |
Strategia laser merită să insistăm, deoarece este locul în care vânzătorii rezolvă în liniște problema de funcționare. Deoarece laserul este partea-cel mai predispusă la defecțiuni a unei legături optice, multe modele folosesc un laser extern conectabil. Comutatoarele fotonice NVIDIA, de exemplu, alimentează opt motoare de 1,6 Tbps dintr-un singur modul laser înlocuibil, ceea ce reduce, de asemenea, numărul de lasere necesare per unitate de lățime de bandă. În termeni operaționali, indicatorul principal al morții laserului este o creștere constantă a curentului de polarizare a laserului, în timp ce ieșirea optică rămâne plată - telemetria pe care sistemele de monitorizare trebuie să o supravegheze mai degrabă decât să se bazeze doar pe puterea de recepție.
Ce se schimbă exact când optica se apropie de ASIC?
„Ce se schimbă CPO” este partea vagă pe care majoritatea prezentărilor de ansamblu o lasă. Concret, schimbă cinci lucruri deodată, iar o echipă care evaluează CPO ar trebui să argumenteze despre fiecare separat, mai degrabă decât ca o singură tranzacție.
Design comutator.Optica nu mai este un modul înlocuibil pe care operatorul îl are în stoc și începe să facă parte din placa proiectată de OEM. Temporizatorul DSP care condiționează semnalele pentru o urmă lungă de PCB poate fi adesea eliminat complet, de unde provine o mare parte din economisirea energiei.
Management termic.Motorul optic se află acum lângă un-ASIC de mare putere. Laserele, modulatoarele și, în special, rezonatoarele inelare sunt modele bazate pe inel-sensibile la temperatură - inel-au nevoie de un control constant al încălzitorului mic-pentru a menține circuitul integrat fotonic la temperatură. Zonele termice din interiorul comutatorului devin o problemă de design, nu o idee ulterioară.
Managementul fibrelor.Conversia care are loc pe substrat înseamnă că fibra trebuie dirijată, asigurată și aliniatăinteriorcutia. Fiabilitatea conectorului, performanța la îndoire și toleranța de aliniere trec de la „preocuparea cablajului” la „preocuparea randamentului sistemului”.
Întreţinere.Un tehnician poate trage și înlocui un-emițător-receptor din panoul frontal în câteva secunde. Un motor co-ambalat nu poate fi schimbat în acest fel. Economie, reparații, izolarea defecțiunilor și ceea ce operatorii numesc „raza exploziei” - cât de mult scade atunci când un element defectează - toate se schimbă.
Achiziții și ciclu de viață.Plug-urile oferă operatorilor pârghie: mai mulți furnizori interoperabili, piese de schimb ușoare, upgrade-uri incrementale. Un sistem optic mai integrat restrânge acest câmp și leagă optica de ciclul de viață al comutatorului. Acesta este un cost real care nu are nimic de-a face cu performanța optică.
Rezumatul sincer este că CPO nu reduce pur și simplu puterea. Mută complexitatea - din calea electrică și în ambalare, proiectare termică, randament și operațiuni pe teren.
CPO vs optica conectabilă vs LPO: pe care ar trebui să alegi?
CPO este de obicei cântărit cu două alternative: optica conectabilă convențională și optica conectabilă liniară (LPO). Sunt legate, dar rezolvă probleme diferite, iar pentru multe echipe alegerea realistă pe termen scurt-este între conectabil și LPO, cu CPO urmărit pentru următoarea generație de platforme.
| Arhitectură | Unde stau optica | Avantajul principal | Principala limitare | Cel mai potrivit |
|---|---|---|---|---|
| Optică conectabilă | Cușcă modul-panoului frontal | Matură, cu mai mulți-furnizatori, interschimbabil la cald-, bazată pe-standarde | Putere mai mare pe bit (~15–20 pJ/bit la 800G) și limitele de atingere-electrice la viteză mare | Implementări ample de centre de date, întreprinderi și telecomunicații |
| LPO | Factor de formă conectabil-panoului frontal, cale simplificată a semnalului | Elimină DSP la bord; de obicei, cu 30-50% mai puțină putere decât dispozitivele conectabile bazate pe DSP-, păstrează modelul operațional conectabil | Necesită un control mai strict al integrității-la nivel de semnal-sistem; raza de actiune mai scurta | Link-uri AI{0}}scurtă,-sensibile la putere |
| CPO | Motor optic pe substratul ASIC al comutatorului | Cea mai mare densitate a lățimii de bandă și cea mai mică putere per bit (~5 pJ/bit țintă); îndepărtează tavanul cu densitate-panoului frontal | Funcție mai dificilă, ambalare, design termic și maturitate ecosistemului | Comutare-la scară mare AI/HPC, în special la scară-tesături |
Un cadru practic de decizie:
- Alege optică conectabilăatunci când flexibilitatea operațională, economisirea mai multor-furnizatori și înlocuirea rapidă pe teren contează cel mai mult -, care este încă majoritatea rețelelor.
- Luați în considerare LPOatunci când aveți nevoie de putere și latență mai mici pe distanțe scurte, dar doriți să păstrați modelul familiar conectabil. LPO este puntea de-risc mai scăzut și are susținători proeminenți - la OFC 2025, a continuat Andy Bechtolsheim co{-fondatorul Aristaargumentați pentru LPO ca alternativă mai bună pe termen scurt{0}.
- Urmăriți CPOatunci când densitatea lățimii de bandă, puterea pe bit și-scalarea pe termen lung dincolo de 800G depășesc capacitatea de funcționare-la nivel de modul- și în special pentru extinderea-materialelor din clusterele AI.
Încadrarea care ajută cel mai mult: CPO nu este o decizie de cumpărare a unui modul, este o decizie privind arhitectura sistemului de comutare-. Tratează-l așa și cea mai mare parte a confuziei se limpezește.
Avantajele opticii co-pachete pentru rețele AI
Avantajul principal este eficiența energetică la scară. Broadcom susține economii de energie cu aproximativ 30% și costuri optice pe bit cu 40% mai mici de la platforma sa CPO, alături de densitatea lățimii de bandă de ordinul a 1 Tbps per milimetru. Energia-pe-decalaj - de aproximativ 15 pJ/bit pentru conectabile față de o țintă de 5 pJ/bit pentru CPO - este ceea ce se transformă în megawați-la nivel de instalație într-un cluster mare.
Densitatea lățimii de bandă este al doilea beneficiu și este mai degrabă structurală decât incrementală. Prin evadarea panoului frontal, CPO îndepărtează plafonul-panoului frontal care limitează designurile conectabile odată ce capacitatea comutatorului trece de aproximativ 102,4 Tbps. Latența se poate îmbunătăți, de asemenea, acolo unde calea semnalului se simplifică, deși latența ar trebui întotdeauna evaluată la nivelul întregului sistem, nu doar la motorul optic.
Încep să sosească și datele de fiabilitate, ceea ce contează pentru o tehnologie blocată de mult timp la „promițătoare”. În octombrie 2025, Broadcom a raportat că Meta și-a testat soluția CPO timp de un milion de-ore fără un singur clapă de legătură în-caracterizare de laborator cu temperatură înaltă-, tipul de dovezi de care operatorii au nevoie înainte de a avea încredere în optica ne-reservibilă în producție.
Provocări CPO și bariere de implementare
Provocările sunt reale și, în mare parte, nu sunt optice. Sunt probleme de ambalare, termice, operaționale și de ecosistem.
Management termiceste cel mai greu. Motorul se află lângă un ASIC fierbinte, iar rezonatoarele inelare, în special, necesită încălzire activă pentru a rămâne la-lungimea de undă -, astfel încât designul trebuie să gestioneze căldura pe care o generează motorul și de care depinde. Deviația de temperatură amenință în mod direct-fiabilitatea pe termen lung.
Ambalare și randamentvino mai departe. Co-integrarea matrițelor electronice și fotonice necesită ambalare avansată, o aliniere strânsă și metode de testare care sunt încă în curs de maturizare. Randamentul și fabricabilitatea, nu performanța optică brută, adesea producția în volum.
Capacitatea de funcționare și raza de exploziemodificarea modelului operațional. Sursele laser conectabile atenuează cel mai rău caz, dar operatorii pierd în continuare fluxul de lucru simplu „trage și înlocuire” și confortul mai multor furnizori interschimbabili.
Pregătirea ecosistemuluio leagă împreună. CPO depinde de coordonarea între furnizorii-de siliciu, furnizorii de-motoare optice, producătorii de lasere, furnizorii de conectivitate-fibră, partenerii de ambalare și operatorii de cloud, aliniate la specificațiile organismelor precumForumul de interconectare optică (OIF)și IEEE. Acea coordonare se formează, dar nu s-a terminat.
Consensul pieței reflectă acest lucru. Chiar și analiștii sunt optimiști în privința tehnologiei -SemiAnalysis se așteaptă să nu existe o curbă de adoptare rapidă pentru scala-out CPO în rândul hyperscalers pe termen scurt, chiar dacă aceiași operatori se angajează față de furnizori pentru extindere-. CPO crește mai întâi acolo unde beneficiile justifică clar complexitatea: fabrici foarte mari de inteligență artificială, țesături hiperscale și clustere HPC.
Când ar trebui centrele de date AI să ia în considerare optica co-pachetată?
Acordați o atenție deosebită CPO dacă foaia dvs. de parcurs include comutatoare foarte înalte-radix, conexiuni 800G sau 1,6T, clustere mari GPU sau ținte stricte de putere-per-bit - și mai ales dacă designul dvs. actual este deja limitat de putere, răcire, integritatea semnalului sau densitatea plăcii frontale. Când costul și dificultatea de a scala arhitecturile conectabile continuă să crească, compromisurile CPO-încep să pară favorabile.
CPO nu este probabil mișcarea imediată potrivită dacă prioritățile dvs. sunt flexibilitatea operațională, înlocuirea rapidă, o gamă largă de furnizori și upgrade-urile incrementale. Pentru majoritatea centrelor de date de întreprindere și de uz general-, optica matură conectabilă rămâne cea mai potrivită astăzi, cu LPO ca opțiune de-putere mai redusă pentru legături-de scurtă acțiune, sensibile-la putere.
CPO va înlocui optica conectabilă?
Nu pe termen scurt. Transceiverele conectabile au un lanț de aprovizionare matur, un suport amplu pentru standarde, interoperabilitate cu mai mulți-furnizatori și un model operațional dovedit și vor continua să deservească majoritatea aplicațiilor pentru centre de date, întreprinderi, telecomunicații și cloud.Produsele CPO gata de implementare-au sosit abia în 2025, cu primele implementări de scala-hiperscale out așteptate în 2026 pe platformele switch de generație următoare.
Imaginea mai clară este un ecosistem stratificat. Optica conectabilă rămâne curentă. LPO servește ca o punte de putere mai mică-care menține modelul conectabil. Iar CPO devine central acolo unde lățimea de bandă, puterea și densitatea depășesc ceea ce optica-panoului frontal poate face - cel mai decisiv în creșterea-țesăturilor AI, unde este poziționată a fi principalul motor al creșterii lățimii de bandă pentru ultima parte a acestui deceniu. Viitorul nu este o arhitectură câștigătoare; fiecare este potrivit cu o performanță, un cost și o cerință operațională diferită.
FAQ
Î: Ce înseamnă CPO?
R: CPO înseamnă Co-Packaged Optics, o arhitectură care plasează motoarele optice aproape de switch-ul ASIC sau de pachetul procesorului, în loc de panoul frontal.
Î: CPO este același cu fotonica cu siliciu?
R: Nu. Fotonica cu siliciu este o platformă de fabricație pentru construirea de circuite integrate fotonice. CPO este o arhitectură de sistem care poate folosi fotonica cu siliciu ca tehnologie de permitere.
Î: Care este diferența dintre CPO și LPO?
R: LPO păstrează formatul modulului conectabil, dar elimină DSP-ul integrat pentru a reduce puterea și latența, economisind de obicei între 30 și 50% față de dispozitivele conectabile bazate pe DSP-. CPO mută motorul optic pe substratul ASIC și modifică mai fundamental arhitectura sistemului.
Î: CPO reduce efectiv consumul de energie?
R: Reduce energia pe bit în mod substanțial - de la aproximativ 15 pJ/bit pentru conectabile la o țintă de 5 pJ/bit - prin eliminarea urmelor electrice lungi și a retimerelor DSP. Rețineți nuanța: CPO este eficient pe bit, dar nu este în mod inerent o componentă de putere mică-, deoarece laserele și rezonatoarele inelare încă mai consumă putere, inclusiv pentru controlul termic.
Î: Ce rol joacă fotonica cu siliciu în CPO?
R: Fotonica cu siliciu oferă motoarele optice integrate în centrul majorității modelelor CPO. Stivuirea unei matrițe electronice pe o matriță fotonică - ca în procesul COUPE al TSMC - este ceea ce permite motorului optic să stea pe substratul comutatorului.
Î: Care sunt principalele bariere în calea adoptării CPO?
R: Managementul termic alături de un ASIC fierbinte, complexitatea ambalajului și a randamentului, funcționalitate redusă pe teren și rază de explozie mai mare și maturitate ecosistemului și standardelor. Niciuna dintre acestea nu se referă în primul rând la performanța optică.
Î: CPO este încă disponibil comercial?
R: Produsele gata de implementare-au sosit în 2025, cu etape de fiabilitate, cum ar fi testul Broadcom de un-milion-link-ore cu Meta. Primele implementări la scară extinsă-out sunt așteptate în 2026, dar adoptarea pe scară largă va fi treptată și neuniformă.
Î: Ar trebui centrelor de date pentru întreprinderi să le pese acum de CPO?
R: Pentru majoritatea întreprinderilor, nu ca o achiziție imediată. Merită să fie înțeles ca o foaie de parcurs, dar optica conectabilă - și LPO pentru distanțe scurte sensibile la putere-{3}} rămân cele mai potrivite până când lățimea de bandă, puterea sau densitatea forțează cu adevărat schimbarea.
Concluzie
Co-Packaged Optics este una dintre cele mai importante schimbări arhitecturale în rețelele de-de mare viteză a centrelor de date. Prin mutarea conversiei optice pe substratul comutatorului, reduce energia pe bit la 5 pJ/bit, crește densitatea lățimii de bandă dincolo de plafonul-panoului frontal și oferă rețelelor AI și HPC o cale de scalare dincolo de 800G și 1,6T. Dovezile s-au mutat de la slideware la produse de livrare și date reale de fiabilitate.
Dar CPO nu reprezintă o scădere-în înlocuirea opticii conectabile. Comercializează problemele de acces electric-pentru ambalaje, termice, de management-fibră și operaționale - și restrânge pârghiile de achiziții cu care sunt obișnuiți operatorii. Pentru majoritatea echipelor, poziția potrivită este stratificată: păstrați optica matură conectabilă acolo unde se potrivește, utilizați LPO pentru o putere mai mică-raporturi scurte și urmăriți CPO pentru țesăturile AI și HPC de-generație de înaltă densitate, în special la creștere-. Schimbarea mentală cheie este simplă: CPO nu este o decizie de cumpărare a unui modul, este o decizie de schimbare-arhitectura sistemului - și, pe această bază, aparține deja oricărei conversații serioase despre rețeaua AI.
