Sampakket optikk og pluggbar optikk løser det samme grunnleggende problemet på forskjellige steder. Pluggbar optikk holder den optiske modulen ved bryterens frontplate, og bevarer en kjent hot-swappable servicemodell. CPO flytter den optiske motoren mye nærmere bryteren ASIC, og reduserer den høyhastighets elektriske banen som blir vanskeligere å kjøre effektivt når SerDes-ratene stiger.
For AI- og HPC-nettverk påvirker den forskjellen mer enn byttekraft. Det endrer hvor fiber kommer inn i systemet, hvordan frontpaneltettheten administreres, hva som kan erstattes i felten, og hvordan operatørene tenker på rengjøring, tapsbudsjetter, reservedeler og vedlikehold. CPO kan forbedre båndbreddetettheten og redusere elektrisk sammenkoblingstap, men det fjerner ikke fiberkabling eller gjør automatisk pluggbar optikk foreldet.
CPO vs pluggbar optikk: arkitekturforskjellen
Den enkleste måten å sammenligne disse arkitekturene på er å stille ett spørsmål: hvor skjer elektrisk-til-optisk konvertering i forhold til verts-ASIC?
Tradisjonell DSP-basert pluggbar optikk
I en konvensjonell pluggbar design sender bryteren ASIC høyhastighets elektriske signaler over det trykte kretskortet til en flyttbar modul på frontplaten. Modulen inneholder den optiske senderen og mottakeren sammen med elektronikken som trengs for å gjenopprette og kondisjonere det elektriske signalet.
Denne arkitekturen forblir operativt attraktiv fordi modulen er en klar feltutskiftbar enhet. En defekt optikk kan normalt fjernes uten å bytte ut bryteren eller linjekortet. For mange sammenkoblingsapplikasjoner for bedrifter, skyer og datasenter er denne tjenestemodellen fortsatt en av de sterkeste grunnene til å brukepluggbare optiske transceivere.
Lineær pluggbar optikk
Lineær pluggbar optikk holder den optiske modulen på frontpanelet, men reduserer eller fjerner noen signalbehandlingsfunksjoner inne i modulen. Målet er å kutte modulstrømmen og samtidig bevare den kjente pluggbare formfaktoren.
Dette er et viktig skille: LPO er ikke CPO. LPO endrer hvordan frontpanelmodulen håndterer elektrisk signalbehandling; CPO endrer det fysiske forholdet mellom den optiske motoren og verts-ASIC.
Near-Package Optikk
Nær-pakkeoptikk flytter den optiske motoren bort fra frontplaten og nærmere verts-ASIC, og forkorter den elektriske banen uten å integrere optikken fullt ut i den samme pakken som brytersilisiumet. Den sitter mellom tradisjonelle pluggbare og full sampakking når det gjelder integrasjon.
Sampakket optikk
CPO plasserer optiske motorer i samme pakkemiljø som, eller i svært nærhet til, bryter-ASIC. Broadcom beskriver sin CPO-plattform som heterogen integrasjon av optikk og silisium på et pakket substrat, med mål om å redusere banetap og kraft forbundet med lange høyhastighets elektriske sammenkoblinger. Dens nåværendeOversikt over CPO-plattformenviser også at CPO kan implementeres som en del av både oppskalering og utskalering av nettverkssystemer.
Arkitekturen er derfor ikke definert av én universell mekanisk layout. Ulike leverandører kan bruke forskjellige emballasje-, fiber-feste-, laserkilde- og koblingsstrategier mens de fortsatt følger det samme grunnleggende prinsippet: flytt optikken nærmere svitsjingsilisiumet slik at mindre av høyhastighetssignalet trenger å krysse PCB-en elektrisk.
Hvorfor AI-nettverk skyver optikk nærmere ASIC
Etter hvert som kjørefelthastigheten øker, blir PCB-kanaler vanskeligere å kjøre. Hudeffekt, dielektrisk tap, krysstale, pakketap og utjevningskrav øker alle kostnadene og kraften som trengs for å flytte elektriske signaler mellom ASIC og en frontpanelmodul.
Dette problemet betyr mer i AI-klynger fordi høyradix-svitsjer samler enorm båndbredde til et begrenset chassisområde. Samtidig deler nettverket den samme anleggskraften og kjølekonvolutten som GPUer og annen datamaskinvare.
CPO adresserer dette ved å forkorte den elektriske banen og flytte mer av høyhastighetsforbindelsen inn i det optiske domenet. Broadcoms nåværende CPO-svitsjportefølje inkluderer 200G-SerDes-baserte systemer, mens NVIDIAs nåværendesilisium fotonikk nettverksplattformbruker også co-pakket optikk med 200G SerDes for AI-skala Ethernet og InfiniBand-systemer.
Disse leverandørimplementeringene viser hvorfor CPO får oppmerksomhet, men deres publiserte kraft- eller pålitelighetsgevinster bør ikke behandles som faste verdier for hver arkitektur. Systemgrenser, kjøleforutsetninger, laserplassering, rekkevidde, bryterdesign og trafikkmodell kan alle endre sammenligningen.
CPO vs pluggbar optikk: Hva endres faktisk?
| Designområde | Sampakket optikk | Pluggbar optikk |
|---|---|---|
| Optikk plassering | Integrert med eller plassert svært nær bryteren ASIC | Avtakbar modul på frontplaten |
| Høyhastighets elektrisk vei | Kortere | Lengre PCB-bane fra ASIC til frontpanel |
| Båndbreddetetthet | Kan flytte mer optisk I/O nærmere pakkekanten | Begrenset av frontplatebur og modulstigning |
| Maktstrategi | Reduserer avhengigheten av lange elektriske kanaler og tilhørende signalbehandling | Avhenger av modul-DSP, retimers, vertskanalkvalitet og rekkevidde |
| Termisk design | Skifter mer termisk kompleksitet mot pakken og systemets kjøledesign | Varmen fordeles over utskiftbare frontpanelmoduler |
| Utskiftbarhet på felt | Avhenger av optisk motor, kontakt og ekstern laserarkitektur | Individuelle sender/mottakere er vanligvis hot-swappable |
| Fiberinngangspunkt | Fiber må nå optiske motorer inne i eller i nærheten av pakken | Fiber avsluttes ved frontpanelmoduler |
| Passer best i dag | AI/HPC-systemer med svært høy båndbredde der kraft og tetthet rettferdiggjør tettere integrasjon | Bredt utvalg av bedrifts-, sky-, DCI-, lagrings- og AI-utskaleringsapplikasjoner |
Eliminerer CPO fiberkabling?
Nei. CPO-endringer der elektrisk-til-optisk konvertering skjer; den fjerner ikke den optiske banen mellom systemene.
Fiber må fortsatt koble til svitsjporter, stativer, klynger, lappefelt og andre nettverksendepunkter. I en CPO-plattform kan kablingsproblemet faktisk bli mer følsomt fordi fibre kan trenge inn i chassiset og nå optiske motorer som sitter mye nærmere bryterpakken.
Det gjør utformingen avfiberkabelsammenstillinger, ruteveier, koblingsgrensesnitt, servicesløyfer, rensetilgang og bøykontrolldel av CPO-systemdesignet i stedet for en separat ettertanke.
Intern fiberruting blir viktigere
I et pluggbart system skjer det meste av servicetilgang ved frontplaten. I CPO kan noen fiberbaner strekke seg dypere inn i chassiset. Den faktiske rutingen avhenger av plattformen, men de tekniske spørsmålene er konsekvente:
- Kan den interne fiberbanen opprettholde minimum bøyeradius som er spesifisert for kabelsammenstillingen?
- Kan teknikere nå brukbare tilkoblingspunkter uten å forstyrre tilstøtende fibre?
- Unngår ruten vifter, kalde plater, skarpe kanter og bevegelig maskinvare?
- Kan chassiset opprettholde fiberorganisering ettersom portantallet øker?
Disse spørsmålene er viktige fordi kontakt- og kabelarkitekturen nå er tettere koblet til bryterens mekaniske design.
Koblingstetthet flytter oppover prioritetslisten
Høyradiks CPO-systemer trenger en stor mengde optisk I/O i et begrenset frontpanelområde. Det skaper etterspørsel etter kompakte multi-fiber og svært liten formfaktor koblingssystemer, men det er ingen enkelt kobling som definerer alle CPO-implementeringer.
Avhengig av plattformen kan det eksterne fiberanlegget bruke konvensjonelle dupleksgrensesnitt, multifiberkontakter, avtakbare fiberenheter eller nyere koblingsformater med høy tetthet. EksisterendeMPO/MTP-kabelsammenstillingerforbli relevant der bryteren eller strukturert kablingsdesign bruker parallelle eller høytall fibergrensesnitt, men de bør ikke antas å være kontakten for hvert CPO-system.
Innsettingstap og refleksjon har fortsatt betydning
Hver kobling, adapter, skjøt, kassett og internt optisk grensesnitt bruker deler av koblingsbudsjettet. Å flytte den optiske motoren nærmere ASIC fjerner ikke disse passive tapene.
For CPO-design må ingeniører vurdere den komplette optiske banen fra den optiske motoren gjennom intern fiber, chassisgrensesnitt, strukturert kabling og fjernmottakeren. Hvis flerefiberoptiske kontakterog adaptere er til stede, bør deres spesifiserte innsettingstap og avkastningstap-ytelse inkluderes i kanalberegningen i stedet for å erstattes med én generisk koblingsgodtgjørelse.
Adaptere og Blind-Mate-grensesnitt trenger servicetilgang
CPO-plattformer kan bruke avtakbare eller blind-mate optiske grensesnitt for å gjøre tett intern fiber praktisk. Disse grensesnittene kan forbedre montering og servicevennlighet, men de gjør også justering, forurensningskontroll og mekanisk tilgang til viktige designfaktorer.
Der et chassis bruker flyttbare optiske grensesnitt, bør sammenkoblingssystemet evalueres sammen med det eksternefiberoptiske adaptereog lappe arkitektur slik at vedlikehold ikke er avhengig av utilgjengelige tilkoblingspunkter.
Eksterne laserkilder Endre servicemodellen
Et av de viktigste CPO-designvalgene er hvor laseren sitter. OIF-eneCo-Packaging Frameworkbemerker at silisium-fotonikk optiske motorer kan bruke enten integrerte eller eksterne laserkilder. Med en ekstern laserkilde kan laseren plasseres i en utskiftbar frontpanelmodul mens kontinuerlig bølgelys leveres til den sampakkede optiske motoren.
Dette har betydning fordi laseren ikke lenger automatisk er knyttet til den samme feltutskiftbare enheten som bryteren ASIC. OIF identifiserer spesifikt forbedret servicevennlighet og termisk separasjon som potensielle fordeler med eksterne laserarkitekturer, samtidig som den legger merke til det ekstra optiske tapet som laserleveringsbanen introduserer.
Noen CPO-systemer bruker derforpolarisasjonsvedlikeholdende fiberkomponentereller andre kontrollerte optiske baner for å levere lys fra en ekstern laserkilde inn i pakken. Det nøyaktige kravet avhenger av den optiske motoren og laserarkitekturen snarere enn av CPO som kategori.
Servicevennlighet: CPO endrer feildomenet
Pluggbar optikk har en enkel operasjonsfordel: Transceiveren er en liten, standardisert feltutskiftbar enhet. Hvis modulen svikter, kan teknikere normalt erstatte den modulen uten å forstyrre resten av bryteren.
CPO endrer den modellen, men det betyr ikke alltid at hele chassiset må byttes ut. Tjenestegrensen avhenger av plattformen.
NVIDIA, for eksempel, plasserer lasere i tilgjengelige eksterne laserkildemoduler og bruker avtakbare fibergrensesnitt i sine silisium-fotonikk-svitsjer. Broadcom bruker også pluggbare laserkilder i dagens CPO-systemer. Disse designene er forsøk på å holde komponenter med høy feil eller servicesensitive utskiftbare selv om den optiske motoren i seg selv er mye tettere integrert med svitsjingsilisiumet.
Det praktiske spørsmålet for operatører er derfor ikke bare "Er CPO brukbar?" Det er:
- Hvilke optiske komponenter er feltutskiftbare?
- Kan eksterne lasere erstattes uavhengig?
- Kan fiberenheter kobles fra uten å fjerne linjekortet?
- Hva skjer hvis en intern optisk motor svikter?
- Hvilken reserveenhetsstrategi krever plattformen?
CPO kan øke plattformavhengigheten
Et standard pluggbart økosystem gir operatører stor frihet til å skaffe kompatible moduler separat fra bryterplattformen. CPO integrerer optikken tettere med silisium og det mekaniske systemet, slik at innkjøpsmodellen kan bli mer plattformspesifikk.
Det betyr ikke at hver CPO-design skaper samme nivå av leverandøravhengighet. Interoperable eksterne laserkilder, standardiserte administrasjonsgrensesnitt, avtakbare optiske kontakter og vanlige fibergrensesnitt kan alle redusere denne avhengigheten. DeOIF CMIS 5.3-spesifikasjoninkluderer for eksempel overvåkingsbestemmelser for CPO-delsystemer og eksterne laserinnganger.
For anskaffelsesteam er de relevante spørsmålene livssyklusstøtte, tilgjengelighet av reserveenheter, koblingskompatibilitet, overvåkingsstøtte og om optiske komponenter kan hentes eller betjenes uavhengig av svitsjplattformen.
Hvem bør bry seg om CPO nå?
Hyperscale AI og HPC-nettverk
CPO fortjener umiddelbar arkitektonisk oppmerksomhet der switch radix, 200G-klasse SerDes, strømtetthet og klyngestørrelse gjør frontpanel pluggbare arkitekturer vanskelige å skalere. Broadcom tilbyr allerede CPO-svitsjplattformer og NVIDIA har annonsert CPO-baserte Spectrum-X- og Quantum-X-systemer, så dette er ikke lenger bare et laboratoriekonsept.
For disse distribusjonene bør nettverksarkitekter evaluere CPO samtidig som bryterkjøling, strukturerte fiberruter, koblingstetthet, ekstern lasertjenestetilgang og vedlikeholdsprosedyrer på racknivå.
Eksisterende 400G og 800G datasentre
De fleste eksisterende bedrifts- og skynettverk trenger ikke å redesigne rundt CPO bare fordi teknologien eksisterer. Pluggbar optikk forblir moden, enkel å erstatte, bred interoperabel og godt forstått av operasjonsteam.
For disse miljøene er CPO bedre behandlet som et veikarthensyn. Teamene kan forberede seg ved å forbedre fibertettheten, dokumentere budsjetter for innsettingstap, standardisere høykvalitets patching og unngå kablingsvalg som gjør fremtidige endringer på chassisnivå unødvendig vanskelig.
CPO vs pluggbar optikk: en praktisk beslutningssjekkliste
- Båndbreddetetthet:Begrenser frontpanelmoduldensiteten bryterdesignet?
- Makt:Er strøm av elektrisk kanal og pluggbar modul vesentlig begrensende på rackskalaen?
- Avkjøling:Kan plattformen støtte det termiske designet som kreves av tett integrert optikk?
- Brukbarhet:Hvilke optiske komponenter forblir feltutskiftbare?
- Fiberruting:Kan chassiset støtte tett intern fiber uten å bryte bøynings-, tilgangs- eller rengjøringskrav?
- Koblingsarkitektur:Er de eksterne og interne optiske grensesnittene definert og støttes?
- Linkbudsjett:Er alle interne og eksterne optiske tap inkludert?
- Livssyklus:Er plattformens reserve-, reparasjons- og leverandørstøttemodell akseptabel?
Siste takeaway
CPO og pluggbar optikk bør ikke behandles som et enkelt gammel-mot-ny teknologivalg. Pluggbar optikk holder den optiske modulen ved frontplaten og bevarer en moden hot-swap servicemodell. CPO forkorter den elektriske banen med høyeste hastighet ved å integrere optikken mye tettere med bryteren ASIC, og forbedrer skaleringsalternativene for systemer med svært høy båndbredde.
Avveiningen er tettere kobling mellom å bytte silisium, optiske motorer, kjøling, koblinger og fiberanlegget. For AI-datasentre er nøkkelspørsmålet derfor ikke om CPO eliminerer fiberkabling. Det er hvordan fiberkablingsarkitekturen må endres når optisk konvertering flyttes fra en flyttbar frontpanelmodul til selve bryterplattformen.
