Evolutie en vooruitgang van CPOopto-elektronischco-verpakkingstechnologie
Opto-elektronische co-packaging is geen nieuwe technologie; de ontwikkeling ervan gaat terug tot de jaren zestig. Tegenwoordig is foto-elektrische co-packaging echter slechts een eenvoudige verpakking vanopto-elektronische apparatensamen. Tegen de jaren negentig, met de opkomst van deoptische communicatiemoduleIn de industrie is foto-elektrische copackaging in opkomst. Met de explosieve groei van de vraag naar hoge rekenkracht en hoge bandbreedte dit jaar, heeft foto-elektrische copackaging, en de daarmee samenhangende technologie, opnieuw veel aandacht gekregen.
In de ontwikkeling van de technologie kent elke fase ook verschillende vormen, van 2.5D CPO die overeenkomt met een vraag van 20/50 Tb/s, tot 2.5D Chiplet CPO die overeenkomt met een vraag van 50/100 Tb/s, en uiteindelijk de realisatie van 3D CPO die overeenkomt met een snelheid van 100 Tb/s.
De 2.5D CPO-pakkettenoptische moduleDe netwerkswitchchip bevindt zich op hetzelfde substraat om de lijnafstand te verkorten en de I/O-dichtheid te verhogen. De 3D CPO verbindt de optische IC rechtstreeks met de tussenlaag, waardoor een interconnectie met een I/O-pitch van minder dan 50 µm mogelijk is. Het doel van deze ontwikkeling is duidelijk: de afstand tussen de foto-elektrische conversiemodule en de netwerkswitchchip zoveel mogelijk verkleinen.
CPO bevindt zich momenteel nog in een beginstadium en kampt met problemen zoals een lage opbrengst en hoge onderhoudskosten. Bovendien zijn er maar weinig fabrikanten op de markt die volledig CPO-gerelateerde producten kunnen leveren. Alleen Broadcom, Marvell, Intel en een handvol andere spelers hebben volledig eigen oplossingen op de markt.
Marvell introduceerde vorig jaar een 2.5D CPO-technologieschakelaar met behulp van het VIA-LAST-proces. Nadat de optische siliciumchip is verwerkt, wordt de TSV (Through-Silicon Via) verwerkt met de OSAT-verwerkingsmogelijkheden, waarna de elektrische chip via flip-chip-technologie aan de optische siliciumchip wordt toegevoegd. Zestien optische modules en de Marvell Teralynx7-schakelchip worden op de printplaat met elkaar verbonden om een schakelaar te vormen die een schakelsnelheid van 12,8 Tbps kan bereiken.
Op de OFC van dit jaar demonstreerden Broadcom en Marvell ook de nieuwste generatie 51,2 Tbps switchchips met behulp van opto-elektronische co-packagingtechnologie.
Uit de technische details van Broadcoms nieuwste generatie CPO blijkt dat het CPO 3D-pakket, dankzij verbeterde processen, een hogere I/O-dichtheid heeft bereikt. Het stroomverbruik van CPO bedraagt 5,5 W/800 Gbps, wat resulteert in een zeer goede energie-efficiëntieverhouding. Tegelijkertijd betreedt Broadcom met CPO ook de markt voor snelheden van 200 Gbps en 102,4 Tbit.
Cisco heeft ook zijn investeringen in CPO-technologie verhoogd en gaf dit jaar tijdens de OFC een productdemonstratie van CPO, waarbij de opgebouwde CPO-technologie en de toepassing ervan op een meer geïntegreerde multiplexer/demultiplexer werden getoond. Cisco gaf aan dat het een pilotimplementatie van CPO zal uitvoeren in switches van 51,2 Tb, gevolgd door grootschalige implementatie in switches van 102,4 Tb.
Intel introduceert al lange tijd CPO-gebaseerde switches en heeft de afgelopen jaren de samenwerking met Ayar Labs voortgezet om co-packaged signaalinterconnectieoplossingen met een hogere bandbreedte te onderzoeken, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor de massaproductie van opto-elektronische co-packaging en optische interconnectieapparaten.
Hoewel insteekmodules nog steeds de voorkeur genieten, trekt de algehele verbetering van de energie-efficiëntie die CPO kan bieden steeds meer fabrikanten aan. Volgens LightCounting zullen de CPO-leveringen vanaf 800G- en 1,6T-poorten aanzienlijk toenemen, geleidelijk commercieel beschikbaar komen tussen 2024 en 2025 en een groot volume bereiken tussen 2026 en 2027. Tegelijkertijd verwacht CIR dat de marktomzet van fotovoltaïsche totaalpakketten in 2027 $ 5,4 miljard zal bedragen.
Eerder dit jaar kondigde TSMC aan dat het samen met Broadcom, Nvidia en andere grote klanten siliciumfotonica-technologie, gemeenschappelijke optische componenten (CPO) en andere nieuwe producten zal ontwikkelen, evenals procestechnologie van 45 nm naar 7 nm. Het bedrijf gaf aan dat het in de tweede helft van volgend jaar al grote orders zal gaan verwerken en rond 2025 de massaproductie zal bereiken.
Als interdisciplinair technologiegebied dat fotonische apparaten, geïntegreerde schakelingen, verpakking, modellering en simulatie omvat, weerspiegelt CPO-technologie de veranderingen die opto-elektronische fusie teweegbrengt, en de veranderingen die dit met zich meebrengt voor gegevensoverdracht zijn ongetwijfeld baanbrekend. Hoewel de toepassing van CPO wellicht lange tijd beperkt zal blijven tot grote datacenters, is CPO-foto-elektrische co-sealtechnologie met de verdere groei van rekenkracht en de toenemende bandbreedtebehoeften een nieuw strijdveld geworden.
Het is duidelijk dat fabrikanten die actief zijn in CPO over het algemeen geloven dat 2025 een cruciaal jaar zal zijn, een jaar met een bandbreedte van 102,4 Tbps, en dat de nadelen van insteekmodules dan verder zullen toenemen. Hoewel de toepassing van CPO wellicht langzaam op gang komt, is opto-elektronische co-packaging ongetwijfeld de enige manier om snelle netwerken met een hoge bandbreedte en een laag energieverbruik te realiseren.
Geplaatst op: 2 april 2024