เทคโนโลยี CPO (co-packaged optoelectronics) ได้รับมานานแล้ว แต่ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา Andreas Matiss ผู้จัดการอาวุโสของส่วนประกอบออปติคัลและการรวมที่ Corning Optical Communications อธิบายว่าแก้วมีบทบาทสำคัญในการวางเครื่องแปลงอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิคอนโดยใกล้เคียงที่สุดกับโปรเซสเซอร์ซิลิกอนมากที่สุด

เครือข่ายศูนย์ข้อมูลมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและโมเมนตัมนี้ได้เร่งความเร็วด้วยการเพิ่มขึ้นของ AI และการปรับใช้ขนาดใหญ่ของกลุ่ม AI ความคืบหน้าล่าสุดในพื้นที่นี้มีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการปรับใช้สถาปัตยกรรม DGX Superpod ของ Nvidia และกลุ่ม TPU ของ Google การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากความต้องการใช้คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเพื่อรองรับการฝึกอบรม AI และงานการอนุมาน NVIDIA เพียงอย่างเดียวคาดว่าจะจัดส่งหน่วย GPU AI-optimized นับล้านต่อปีภายในห้าปีข้างหน้าถึงระดับที่สำคัญภายในปี 2571

จำนวนหน่วยตัวรับส่งสัญญาณที่จำเป็นในการสร้างเครือข่ายเหล่านี้จะไปถึงหลายสิบล้านต่อปีและอุปกรณ์เหล่านี้จะต้องทำงานด้วยความเร็วสูงสุด 1.6Tbps และ 3.2Tbps นักวิเคราะห์อุตสาหกรรมคาดการณ์ว่าแต่ละคัน (GPU) จะได้รับการติดตั้งตัวรับส่งสัญญาณมากกว่า 10 คนในอนาคตซึ่งหมายความว่าความต้องการการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงจะเพิ่มขึ้นประมาณ 10 เท่าเมื่อเทียบกับระดับการปรับใช้ในปัจจุบัน

ในศูนย์ข้อมูลทั่วไปตัวรับส่งสัญญาณอีเธอร์เน็ตที่สามารถทำได้มาตรฐานใช้พลังงานประมาณ 20 วัตต์ ตัวรับส่งสัญญาณรุ่นต่อไปคาดว่าจะใช้พลังงานเกือบสองเท่า จากการจัดส่งในปัจจุบันคาดว่าจะมีการปรับใช้พลังงานประมาณ 200 เมกะวัตต์ (MW) ในปี 2567 ตามวิถีของการพัฒนาตัวรับส่งสัญญาณ สิ่งนี้ไม่รวมถึงกำลังที่จำเป็นในการจ่ายพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ด้านโฮสต์และตัวปรับเปลี่ยนไฟฟ้าที่ใช้ในการส่งข้อมูลจากวงจรรวมไปยังเครื่องรับส่งสัญญาณที่ปลายอุปกรณ์ด้านหน้า

ตัวอย่างเช่นสำหรับศูนย์ข้อมูล AI ที่ติดตั้ง GPU หนึ่งล้านตัวการแนะนำเทคโนโลยี CPO สามารถช่วยศูนย์ข้อมูลได้ประมาณ 150 เมกะวัตต์ของกำลังการผลิตพลังงาน นอกเหนือจากการลดการลงทุนที่จำเป็นในการสร้างโรงไฟฟ้าที่สอดคล้องกันแล้วเทคโนโลยีนี้ยังช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานได้อย่างมีนัยสำคัญ - ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของราคาพลังงานในระดับภูมิภาคการประหยัดไฟฟ้าประจำปีอาจเกิน 100 ล้านยูโรได้อย่างง่ายดาย ในประเทศจีนด้วยความก้าวหน้าของความคิดริเริ่ม "East-West Computing" ความต้องการสำหรับการเชื่อมต่อแบบออพติคอลที่มีพลังต่ำกำลังเพิ่มขึ้นในศูนย์ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (เช่น Wuxi Sunway Taihulight) และศูนย์คอมพิวเตอร์อัจฉริยะ (เช่นกลุ่มคอมพิวเตอร์ AI เทคโนโลยี CPO คาดว่าจะเป็นกุญแจสำคัญในการลดการใช้พลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับ GPU ที่ผลิตในประเทศ ต้องเผชิญกับแนวโน้มการใช้พลังงานที่ไม่ยั่งยืนนี้นวัตกรรมเป็นสิ่งสำคัญ

การแนะนำเทคโนโลยี CPO

CPO เป็นเทคโนโลยีที่น่าจะเอาชนะคอขวดการใช้พลังงานในระยะสั้น เทคโนโลยีนี้จะเปลี่ยนโมดูลการแปลงไฟฟ้าออพติคอลจากตัวรับส่งสัญญาณที่แผงด้านหน้าไปยังอุปกรณ์ภายในของอุปกรณ์โดยรวมเข้ากับสารตั้งต้นแพ็คเกจ CPU หรือ GPU โดยตรง สิ่งนี้จะช่วยลดการสูญเสียพลังงานในช่องทองแดงส่งผลให้ลิงก์ประหยัดพลังงานมากขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องรับส่งสัญญาณที่สามารถใช้งานได้การใช้พลังงานสามารถลดลงได้มากกว่า 50%และในบางกรณีสูงถึง 75% ข้อได้เปรียบในการประหยัดพลังงานนี้ไม่เพียง แต่ลดการใช้ช่องทองแดงที่สูญเสียไปสูง แต่ยังทำให้ง่ายขึ้นหรือกำจัดตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) ที่จำเป็นในการชดเชยการสูญเสียสัญญาณไฟฟ้า

โดยสรุปเทคโนโลยี CPO มีการเชื่อมต่อด้วยความเร็วสูงความเร็วต่ำและการเชื่อมต่อแสงต่ำ ลักษณะเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการสร้างเครือข่าย AI ขั้นสูง

อีกทางเลือกหนึ่งที่ประหยัดพลังงานที่ควรพิจารณาคือโมดูลออพติคอลแบบแพลค็อกเชิงเส้น (LPO) โดยการกำจัดชิป DSP จะช่วยลดการใช้พลังงานและเวลาแฝงในขณะที่ยังคงรักษารูปแบบปัจจัยและระบบนิเวศของตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้งานได้ ในขณะที่ CPO เสนอความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีขึ้นและเวลาแฝงที่ต่ำกว่า LPO นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานระยะสั้น ความคุ้มค่าต้นทุนของ LPO และการใช้พลังงานต่ำเมื่อรวมกับเวลาสู่ตลาดที่รวดเร็วอาจชะลอการใช้เทคโนโลยี CPO อย่างกว้างขวาง

อย่างไรก็ตามเมื่อความเร็วลิงก์เพิ่มขึ้นเป็น 200 กรัมขึ้นไป LPO จึงใช้พลังงานมากกว่า CPO และยากที่จะจัดการอย่างมีนัยสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพของสัญญาณสูง ในขณะที่เทคโนโลยียังคงก้าวหน้า CPO คาดว่าจะกลายเป็นโซลูชันที่ต้องการในอนาคต

แก้วให้อำนาจเทคโนโลยี CPO
Glass คาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยี CPO รุ่นต่อไป เพื่อนำตัวแปลงไฟฟ้าแสง (ส่วนใหญ่เป็นซิลิคอนโฟโตชิปชิป) ให้ใกล้เคียงกับโปรเซสเซอร์ซิลิกอนจริง (ซีพียูและ GPU) จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ใหม่ที่ไม่เพียง แต่รองรับขนาดพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้นเท่านั้น

บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ได้อาศัยอยู่บนพื้นผิวอินทรีย์เป็นหลัก วัสดุเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงกว่าซิลิกอนซึ่ง จำกัด ขนาดสูงสุดของแพ็คเกจเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงผลักดันให้มีการจัดแพคเกจขนาดใหญ่บนแพลตฟอร์มเทคโนโลยีออร์แกนิกที่มีอยู่ปัญหาความน่าเชื่อถือ (เช่นปัญหาความสมบูรณ์ของการประสานและความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของการ delamination) และความท้าทายในการผลิต (เช่นโครงสร้างการเชื่อมต่อระหว่างสนามที่มีคุณภาพสูงและการเดินสายที่มีความหนาแน่นสูง อย่างไรก็ตามด้วยการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมแก้วสามารถบรรลุค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนซึ่งตรงกับชิปซิลิกอนอย่างใกล้ชิดยิ่งกว่าพื้นผิวอินทรีย์แบบดั้งเดิม สารตั้งต้นแก้วที่ผ่านการประมวลผลเป็นพิเศษนี้แสดงความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมลดความเครียดเชิงกลและความเสียหายในระหว่างความผันผวนของอุณหภูมิ ความแข็งแรงเชิงกลและความเรียบที่เหนือกว่านั้นเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์ชิป นอกจากนี้พื้นผิวแก้วยังสนับสนุนความหนาแน่นของการเชื่อมต่อระหว่างกันที่สูงขึ้นและสนามที่ดีขึ้นปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและลดผลกระทบของกาฝาก คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้แก้วเป็นตัวเลือกที่น่าเชื่อถือและแม่นยำสำหรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง ดังนั้นอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังพัฒนาเทคโนโลยีพื้นผิวแก้วขั้นสูงอย่างแข็งขันเป็นเทคโนโลยีสารตั้งต้นรุ่นต่อไป

พื้นผิวของท่อนำคลื่นแก้ว
นอกเหนือจากคุณสมบัติความร้อนและกลไกที่ยอดเยี่ยมแล้วแก้วยังสามารถจัดการให้ทำหน้าที่เป็นท่อนำคลื่นแสง ท่อนำคลื่นในแก้วมักจะถูกสร้างขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าไอออนแลกเปลี่ยน: ไอออนในแก้วจะถูกแทนที่ด้วยไอออนที่แตกต่างจากสารละลายเกลือจึงเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแก้ว ด้วยการ จำกัด แสงไปยังภูมิภาคที่มีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงขึ้นภูมิภาคที่ได้รับการแก้ไขเหล่านี้สามารถเป็นแนวทางในแสง เทคนิคนี้ช่วยให้การปรับแต่งคุณสมบัติของท่อนำคลื่นอย่างแม่นยำทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแบบออพติคอลที่หลากหลาย ดังนั้นในท่อนำคลื่นแสงที่มีโครงสร้างคล้ายเส้นใยแสงสามารถแพร่กระจายไปตามท่อนำคลื่นแก้วแบบบูรณาการและมีประสิทธิภาพเข้ากับเส้นใยออพติคอลหรือชิปโทนิคซิลิกอนอย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ทำให้ Glass เป็นตัวเลือกวัสดุที่น่าสนใจสำหรับการใช้งาน CPO ขั้นสูง

การรวมการเชื่อมต่อระหว่างระบบไฟฟ้าและออปติคัลบนพื้นผิวเดียวกันยังช่วยจัดการกับความหนาแน่นของการเชื่อมต่อระหว่างกันที่ท้าทาย บริษัท ที่ต้องเผชิญเมื่อสร้างกลุ่ม AI ขนาดใหญ่ ปัจจุบันจำนวนช่องทางแสงถูก จำกัด ด้วยรูปทรงเรขาคณิตของเส้นใยออพติคอล - เส้นผ่านศูนย์กลางของการหุ้มใยแก้วนำแสงทั่วไปคือ 127 ไมครอนเกี่ยวกับความหนาของเส้นผมของมนุษย์ อย่างไรก็ตามท่อนำคลื่นแก้วเปิดใช้งานการจัดเรียงที่หนาแน่นเพิ่มความหนาแน่นอินพุต/เอาต์พุต (I/O) อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการเชื่อมต่อเส้นใยกับชิปโดยตรง

การรวมกันของการเชื่อมต่อไฟฟ้าและออปติคัลไม่เพียง แต่แก้ไขปัญหาความหนาแน่น แต่ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและความสามารถในการปรับขนาดของกลุ่ม AI ธรรมชาติที่กะทัดรัดของท่อนำคลื่นแก้วช่วยให้ช่องทางแสงมากขึ้นสามารถรองรับได้ภายในพื้นที่ทางกายภาพเดียวกันซึ่งจะเป็นการเพิ่มความสามารถในการส่งข้อมูลและประสิทธิภาพของระบบ ความก้าวหน้านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลักดันการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน AI รุ่นต่อไป-ในสถานการณ์ที่ระบบ AI ต้องประมวลผลข้อมูลจำนวนมากเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างกันที่มีความหนาแน่นสูงเป็นกุญแจสำคัญในการจัดการที่มีประสิทธิภาพ

ด้วยการรวมท่อนำคลื่นแก้วระบบออพติคอลที่สมบูรณ์สามารถสร้างขึ้นบนพื้นผิวเดียวกันทำให้วงจรบูรณาการโทนิคสามารถสื่อสารโดยตรงผ่านท่อนำคลื่นแสง กระบวนการนี้ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อเส้นใยออปติคอลและปรับปรุงแบนด์วิดท์และความครอบคลุมของการสื่อสารระหว่างชิปอย่างมีนัยสำคัญ ในระบบที่มีความหนาแน่นสูงที่มีส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกันจำนวนมากการใช้ท่อนำคลื่นแก้วสามารถลดการสูญเสียสัญญาณที่ต่ำกว่าความหนาแน่นของแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นและความทนทานที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับเส้นใยออพติคอลที่ไม่ต่อเนื่อง ข้อดีเหล่านี้ทำให้ท่อนำคลื่นแก้วเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับระบบการเชื่อมต่อแบบออพติคอลที่มีประสิทธิภาพสูง

การใช้เทคโนโลยี CPO กับศูนย์ข้อมูลรุ่นต่อไปและเครือข่ายซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ AI สามารถเพิ่มแบนด์วิดท์ชิป-เอสเคปเปิดความเป็นไปได้ใหม่สำหรับสวิตช์ความเร็วสูงและสูงกว่า 102T และสูงกว่า ขณะนี้สถาปนิกเครือข่ายมีโอกาสพิเศษในการปรับเปลี่ยนสถาปัตยกรรมเครือข่ายใหม่ ต้องขอบคุณแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นและสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ง่ายขึ้นพวกเขาจะได้รับประสิทธิภาพเครือข่ายที่เหนือกว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพการปฏิบัติงานและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

บทสรุป
เทคโนโลยี CPO มีศักยภาพในการปฏิวัติสถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อระหว่าง AI ในหลายระดับ มันสามารถลดการใช้พลังงานและปรับปรุงความยั่งยืนอย่างมีนัยสำคัญทำให้ระบบ AI เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นและคุ้มค่า นอกจากนี้ CPO ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นของระบบ AI ทำให้พวกเขาสามารถจัดการงานที่ใหญ่และซับซ้อนได้ง่ายขึ้น ด้วยการแก้ไขปัญหาความหนาแน่น CPO สามารถเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลทำให้มั่นใจได้ว่าการสื่อสารที่รวดเร็วและเชื่อถือได้มากขึ้นระหว่างส่วนประกอบ AI สิ่งนี้จะช่วยลดคอขวดในระบบ AI ในอนาคตทำให้มั่นใจได้ว่าระบบจะราบรื่นขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

การเชื่อมต่อระหว่างกัน AI ในอนาคตคาดว่าจะแนะนำการเชื่อมโยงทางแสงโดยตรงซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้สวิตช์คอมพิวเตอร์ นวัตกรรมนี้จะขยายแบนด์วิดท์สำหรับงาน AI และปรับปรุงความเร็วและประสิทธิภาพของการประมวลผลชุดข้อมูลขนาดใหญ่ แก้วที่มีความสามารถในการส่งข้อมูลที่เหนือกว่าและความสามารถในการปรับขนาดเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการเปิดใช้งานความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเหล่านี้ การเชื่อมโยงออปติคัลที่ใช้แก้วจะกลายเป็นตัวเปิดใช้งานที่สำคัญสำหรับระบบ AI รุ่นต่อไปซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่ขาดไม่ได้สำหรับการคำนวณประสิทธิภาพสูงและแอปพลิเคชัน AI ขั้นสูง
New Light Optics Technology Limited จะมุ่งมั่นที่จะคว้าทุกโอกาสและมีส่วนร่วม