光電共封裝（CPO）：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡和處理技術的未來

  由于人工智能技術和網(wǎng)絡模型的快速發(fā)展，銅互聯(lián)技術已難以維系當前的需求，將數(shù)據(jù)中心的處理能力和網(wǎng)絡容量推至極限邊緣。

  為了應對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡需求的指數(shù)級增長，同時降低因處理速度、帶寬和密度提升所帶來的能耗，光學連接必須更貼近網(wǎng)絡和處理芯片（IC），以縮短連接芯片的銅線布線長度。光電共封裝（CPO）通過將光學收發(fā)器（通常稱為光子芯片）與芯片封裝在同一硅基板上，實現(xiàn)了這一目標；這項技術大幅縮短了光學元件與電氣芯片之間的電氣路徑長度，由此降低了功耗，同時實現(xiàn)了前所未有的帶寬集中度。

  光纖完勝銅纜：我來解釋原因

  當數(shù)據(jù)傳輸速率達到200 Gb/s時，通過銅纜傳輸電信號所需的功耗開始顯著增加并達到難以承受的水平，而這正是CPO技術成為更優(yōu)解決方案的臨界點。CPO系統(tǒng)仍然需要通過光收發(fā)器來完成光電轉換過程，但其位置發(fā)生了變化，從位于交換設備面板上的可插拔模塊，轉移到與箱內目標芯片近距離共封裝的小型芯片（或芯粒）。數(shù)據(jù)中心芯片領域巨頭博通和英偉達都已推出了基于CPO技術的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡產(chǎn)品，運行速度分別為51.2 Tb/s和102.4 Tb/s。

  一“纖”牽起多點

  以精確對準且可靠的方式將光纖連接至這些收發(fā)器芯?；蚬庾蛹呻娐罚≒IC），是CPO系統(tǒng)發(fā)展的重要驅動力量。目前，實現(xiàn)這一目標的方法是將單模光纖陣列耦合到PIC的邊緣或表面。這兩種方法各有利弊，目前有多家芯片組企業(yè)正并行推進相關研發(fā)工作。但無論采用何種方法，光纖類型都是一樣的，為此康寧正在積極研發(fā)高性能的“光纖到芯片”連接解決方案。

  早期的CPO系統(tǒng)，如博通和英偉達針對以太網(wǎng)交換推出的解決方案，采用了高通道數(shù)的光纖陣列單元（FAU），旨在將光纖纖芯與PIC內部的對應波導進行精確對接。這些FAU的制造難度很大，因為它們需要滿足以下要求：高光纖數(shù)配置、混合使用單模（SM）光纖和保偏（PM）光纖、根據(jù)光纖到芯片的耦合機制集成微光學元件、極高精度的公差對準、專為CPO優(yōu)化的光纖以及多個連接器組件。康寧完全有能力為客戶提供這些復雜的“箱內”線束，并且正在擴大業(yè)務規(guī)模以滿足CPO技術普及帶來的行業(yè)發(fā)展需求。

  作為2025年光網(wǎng)絡與通信研討會及博覽會（OFC）活動議程的一部分，康寧發(fā)布了GlassWorks AI?解決方案項下的CPO FlexConnect?光纖——這是康寧專為滿足人工智能網(wǎng)絡需求打造的一站式解決方案，覆蓋數(shù)據(jù)中心內外場景。CPO FlexConnect?光纖采用單模設計，具有出色的抗彎曲性能，針對短距離配置場景進行了專項優(yōu)化，尤其適用于箱內CPO光纖部署場景。

  下圖為FAU組件的結構示意圖，圖中右側為PIC端的FAU，左側是單模/保偏光纖線束和多個光學連接器，這些連接器在系統(tǒng)面板內側進行對接。

 

由單模光纖和保偏光纖組成的CPO FAU組件

  在OFC 2025展會上，康寧還展出了兩款箱內CPO光纖基礎設施實例。其中一款單機架單元模型搭載了102.4 Tb/s以太網(wǎng)交換系統(tǒng)，配備了64個MMC面板連接器和多達1024根信號光纖，以精密有序的布線方式連接至16個PIC。這些PIC與交換芯片都位于組件中央位置。此外，面板上安裝的16個可插拔激光源模塊，通過被稱為保偏光纖的特殊光纖與這些PIC互連。

采用MMC連接器的高密度CPO光纖基礎設施布局

  另一款參展的CPO光纖基礎實例是來自Mixx Technologies公司的基于GPU的互連系統(tǒng)。該系統(tǒng)的面板上配置了MMC連接器和可插拔激光源，采用密集排列的單模光纖與保偏光纖的混合架構，并配備了光纖管理托盤，確保光纖的配列方式便于后期維護。康寧已在多個數(shù)據(jù)中心及電信網(wǎng)絡環(huán)境中成功部署大量高密度光纖基礎設施，憑借豐富的經(jīng)驗和專業(yè)知識，能夠確保這些系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)健的規(guī)?；渴稹?/strong>

  此外，在OFC 2025展會期間，康寧還展示了一種概念驗證方案——一種使用帶有集成光波導的玻璃基板，將光纖連接至芯片的先進方法。這種方法除了規(guī)模和成本方面的優(yōu)勢外，還可以在PIC邊緣實現(xiàn)極高的波導密度，將波導間距縮小至約30微米，這遠超最纖細的光纖所能達到的極限間距。下一代光纖到芯片耦合技術將使GPU光學技術成為可能，而這將需要達到前所未有的密度和規(guī)模水平。憑借在玻璃、連接器和光纖等領域的綜合專長，康寧具備獨特的優(yōu)勢，能夠將這些關鍵組件集成至業(yè)界最先進的光纖到芯片連接器，這將助力我們的數(shù)據(jù)中心制造商客戶開發(fā)出下一代CPO設計方案。

  CPO曾被視為一種遙不可及的未來技術，然而，在人工智能技術迅猛發(fā)展以及對更高傳輸速度、更大密度以及更顯著降低功耗需求的驅動下，這項技術已經(jīng)從愿景轉變?yōu)楝F(xiàn)實。憑借創(chuàng)新的光纖和連接技術解決方案，康寧擁有滿足這一需求的全部要素，并期待在當下和未來持續(xù)推動CPO技術向前發(fā)展。

  本文作者：Benoit Fleury 康寧光通信CPO業(yè)務發(fā)展總監(jiān)