CPO vs NPO vs XPO: AI データセンター光学におけるアーキテクチャ、電力、冷却、および保守性

AI クラスターは、スイッチ帯域幅、光レーン数、フロント パネル密度、システム電力を同時に拡張することを強制します。電気レーン レートが増加するにつれて、スイッチ ASIC とその光インターフェイス間の接続の設計はますます難しくなります。 PCB チャネルが長くなると損失が増加し、多くの場合、より強力なイコライゼーション、リタイミング、またはデジタル信号処理が必要になります。

CPO、NPO、および XPO は、次の 3 つの異なる光学エンジン配置戦略を通じてこの問題に対処しています。

• CPO光変換をスイッチ ASIC のパッケージ レベルの環境に移動します。

• NPO法人光学エンジンを ASIC の近くに配置しますが、ホスト PCB 上に保持します。

• XPOフロントパネルのプラグイン可能なモジュールを維持しながら、電気レーン密度を高め、モジュールレベルの液体冷却を導入します。

彼らの共通の目的は、高速電力伝送によって生じる制限を軽減することです。ただし、各アーキテクチャでは、電力、熱、パッケージングのリスク、ファイバー接続、およびメンテナンスの責任の配分が異なります。

CPO、NPO、XPOとは何ですか?

CPO は光学エンジンをホスト ASIC のパッケージ レベル環境内に配置し、NPO は光学エンジンを ASIC に近いシステム PCB に実装し、XPO は高密度のフロント パネルのプラグ可能モジュールを保持します。主なトレードオフは、電気到達距離、パッケージ統合、熱設計、およびフィールド保守性の間です。

のOIF CEI-448G フレームワークCPO は、ホスト パッケージにマウントされる電気/光デバイスとして CPO を定義しています。これは、NPO を、PCB トレースと電気信号要件を最小限に抑えるために、ホスト シリコンに隣接するホスト PCB に取り付けられるデバイスとして定義します。

CPO vs NPO vs XPO 光学エンジンの配置

「マイクロメートルスケールの CPO」、「センチメートルスケールの NPO」、「デシメートルスケールのプラガブル」などの説明は、概念的な説明としては役立つかもしれませんが、普遍的な仕様限界ではありません。物理的な距離は、パッケージ、ボード、コネクタ、およびシャーシの設計によって異なります。

共通の目標: 電気経路を短縮する

従来のスイッチでは、ASIC はシステム ボード上に配置され、光トランシーバはフロント パネルに設置されます。高速電気信号は、光変換が行われる前に、パッケージ遷移、PCB トレース、ビア、コネクタ、およびモジュールの電気インターフェイスを通過する必要があります。

データ レートが高くなると、このチャネルの管理が難しくなります。誘電損失、反射、クロストーク、インピーダンスの不連続により、信号マージンが減少します。システムは、より強力な送信機と受信機のイコライゼーション、クロック回復、リタイミング、前方誤り訂正、またはリタイミングされたモジュール DSP を通じて補償することができます。

光学エンジンを ASIC の近くに移動すると、リンクの電気部分が短くなります。これにより、高速 PCB トレースではなく、光学的により多くの物理的距離をカバーできるようになります。

3 つの光学エンジン配置モデル

• CPO:光学変換はパッケージレベルのアセンブリ内で行われます。

• NPO法人：光変換はパッケージ近くのホスト PCB 上で行われます。

• XPO:光変換は交換可能なフロントパネルモジュール内に残ります。

この配置の決定は、システムの電力損失、配電、冷却構造、ファイバー配線、製造プロセス、および修理戦略に影響を与えます。

高速スイッチで電気的到達距離が重要な理由

電気経路を短くすることで信号調整の負担を軽減する方法

ASIC と光学エンジンの間の電気リンクは、システムの信号整合性、電力、熱バジェットの一部を消費します。

レーン レートが上昇するにつれて、PCB 伝送は次の影響を受けやすくなります。

• トレース長さ

• パッケージエスケープルーティング

• 基板の誘電損失

• ビアとコネクタの遷移

• クロストーク

• リターンロス

• イコライゼーション機能

一般に、チャネルが長いほど、より多くの補償が必要になります。その補償により電力が消費され、熱が発生します。多くの場合、空気の流れとパネルのスペースがすでに制限されている場所で発生します。

PCB チャネル損失、イコライゼーション、および電力

従来の光モジュールには、光伝送前に電気信号を回復してリタイミングする DSP が含まれている場合があります。これにより、堅牢なモジュール境界が作成されますが、トランシーバー内部の電力も追加されます。

より短い電気パスは、他のインターフェース構成をサポートする場合があります。

• 線形光学、ホスト ASIC にさらに多くの信号調整が残っています。

• ハーフリタイミング光学系、インターフェースの一部のみがリタイムされます。

• 完全にリタイミングされた光学系、モジュールは完全なリタイミング境界を提供します。

好ましい設計は、ホストの SerDes 機能、チャネル損失、相互運用性要件、光到達距離、熱制限、および許容可能な実装リスクによって異なります。

したがって、関連するエンジニアリングの問題は、単に DSP が存在するかどうかだけではありません。それは次のとおりです。

イコライゼーション、リタイミング、クロックリカバリ、FEC 機能はどこにあり、どの電気チャネルを補償する必要があるのでしょうか?

電気リンクを短くしても自動的に優れたシステムが構築されない理由

電気到達距離を減らすと、設計の一部は改善されますが、他の部分が複雑になる可能性があります。

• システム最大の熱源の周囲に追加の熱を集中させます。

• パッケージサイズと基板の複雑さの増加

• 光学エンジンの交換がより困難になる

• 光学エンジンの歩留まりをパッケージの歩留まりに結び付ける

• 内部繊維密度を高める

• より正確なファイバーとチップの位置合わせが必要

• 複雑なパッケージレベルのテスト

したがって、CPO、NPO、および XPO は、エンジニアリング上の制約を排除するのではなく、分散するための異なる方法です。

CPO アーキテクチャ: ASIC パッケージ内の光学エンジン

同時パッケージ化された光学部品スイッチ ASIC のパッケージ レベル環境内に光学エンジンを配置します。すべての高速電気レーンをフロント パネルにルーティングする代わりに、システムは ASIC の近くで光変換を実行し、ファイバーを介して信号をパネルに送ります。

これは、3 つのアーキテクチャの中で最も積極的に電気到達距離を削減します。

2.5D および 3D パッケージングとの物理的統合

CPO は 2.5D および 3D パッケージングと関連付けられることが多いですが、これらの用語は CPO と置き換えることはできません。

• スイッチASIC

• 複数の光学エンジン

• シリコンフォトニクスデバイス

• 電気ドライバーとレシーバー

• パッケージ基板またはインターポーザー

• ファイバー取り付け構造

• サーマルスプレッダーまたはコールドプレート

光学エンジンは、ASIC と同じ半導体ダイ上に製造する必要はありません。別々の電子チップレットと光チップレットを同じパッケージレベルのアセンブリ内に統合することができます。

のOIF 共同パッケージ化フレームワーク高性能基板上にソケットまたははんだ付けされた ASIC と光学エンジンまたは電気エンジンを含む同時パッケージ化されたアセンブリについて説明します。また、アセンブリとリワークの柔軟性を向上させることを目的とした、ソケットに近いパッケージ配置についても説明します。

CPO 帯域幅は実装に依存します

CPO は、固定帯域幅クラスではなく統合アーキテクチャです。

のOIF 3.2 Tb/s 同時パッケージ化モジュール実装契約51.2 Tb/s スイッチ アセンブリ用の 3.2 Tb/s ビルディング ブロックを定義します。その光学的バリエーションには、パラレル ファイバー構成や波長多重構成が含まれており、同じ機械的コンセプトでパッシブ銅取り付けモジュールもサポートできます。

この 3.2T モジュールは、標準化された実装の 1 つです。これは、すべての CPO エンジンが 3.2 Tbps で動作する必要があることや、CPO が永続的に 1 つの帯域幅範囲に制限されることを意味するものではありません。

• 電気レーン数

• レーンごとのデータレート

• 光波長数

• 変調フォーマット

• エンジンのパーティショニング

• 繊維数

• パッケージトポロジー

電力と遅延の利点

CPO の主な消費電力の利点は、ASIC と光学エンジンの間の高速電気接続を短縮することによって得られます。

• ハイスイング電動ドライバー

• 強力な受信イコライゼーション

• 中間リタイマー

• フルモジュール DSP 処理

• 追加の FEC ステージ

総利益はベースライン アーキテクチャによって異なります。 ASIC から光インターフェイスへのインターフェイス全体で節約された電力は、スイッチの総電力の同じ割合として自動的に表示されるべきではありません。

• スイッチ ASIC

• 光変調器および光受信器

• レーザー光源

• 電圧変換

• 冷却ポンプとファン

• 管理電子機器

• コントロールプレーンハードウェア

CPO は、リタイミングおよび信号処理ステージを削除または簡素化することで、インターフェイスのレイテンシを短縮することもできます。結果は、測定が電気インターフェイス、光エンジン、FEC、完全な光リンク、スイッチ パイプライン、またはエンドツーエンド ネットワークのいずれをカバーするかによって異なるため、普遍的な CPO 遅延の数値はありません。

保守性、歩留まり、および故障境界

従来のプラグ可能モジュールは、明確なメンテナンス境界を作成します。障害が発生したモジュールは、スイッチ ASIC を交換せずに前面パネルから取り外すことができます。

CPO はその境界を変更します。

はんだ付けされた光学エンジンは、パッケージの組み立て後に交換するのが難しい場合があります。したがって、緊密に統合されたパッケージ内で障害が発生すると、交換範囲が拡大し、修理コストが増加する可能性があります。

これは、光障害が発生するたびに ASIC を廃棄する必要があるという意味ではありません。保守性は、設計で以下が使用されているかどうかによって決まります。

• はんだ付けされた光学エンジン

• ソケット付き光学エンジン

• 交換可能な外部レーザー

• チャネルの冗長性

• エンジンの冗長性

• パッケージレベルの手直し

• 現場修理ではなく拠点修理

ソケット付きエンジンは製造の手戻りを改善できますが、フロントパネルのトランシーバーよりもアクセスしにくいままです。したがって、設計では、初期の製造歩留まりと長期の稼働信頼性の両方を考慮する必要があります。

外部レーザー光源を備えた CPO パッケージ アーキテクチャ

熱とメンテナンスの妥協としての外部レーザー源

レーザーは温度に敏感なコンポーネントです。これらを高出力 ASIC の隣に配置すると、熱設計が複雑になり、利用可能な信頼性マージンが減少する可能性があります。

外部レーザー アーキテクチャにより、連続波レーザー ソースが光学エンジンから分離されます。光出力はファイバーを介して、一緒にパッケージされたアセンブリ内の変調器に供給されますが、レーザーは低温でアクセスしやすい場所に留まります。

のOIF ELSFP 実施契約を定義します外部レーザーのスモールフォームファクタのプラグイン可能システム内に一緒にパッケージ化された光トランシーバ用の現場交換可能な連続波光源として。ブラインドメイト電気光学接続を使用しており、主に CPO アプリケーションを目的としています。

• レーザーの熱環境を ASIC パッケージから分離

• 故障した光源を独立して交換可能

• 簡素化されたレーザー冷却

• 光パワーの一元管理

• レーザーモジュールの再利用またはアップグレードの可能性

また、光パワーの分配、コネクタの清潔さ、安全インターロック、冗長性、監視に関する要件も作成されます。

ELSFP は XPO の別名ではありません。 ELSFP は外部光パワーを同梱されたエンジンに供給しますが、XPO は別のプラグイン可能な光アーキテクチャを定義します。

NPO のアーキテクチャ: ASIC に近いがパッケージの外にある光学エンジン

ニアパッケージ光学系光エンジンは、スイッチ ASIC に近いホスト PCB 上に配置されますが、ASIC パッケージの外側に配置されます。

NPO は、光学エンジンとホスト パッケージ間の物理的な分離を維持しながら、電気的な到達距離を短縮します。

NPO理事会レベルの光学エンジンアーキテクチャ

基板レベルの配置と中間電気距離

• ASICの横

• ASIC冷却構造の周囲

• 近くのドーターボード上

• 内部コネクタ付きアセンブリ内

• ボードレベルソケット内

正確な配置と取り付け方法は実装に依存します。

フロントパネルの光学系と比較して、NPO は PCB への到達範囲を減らします。 CPO と比較すると、電気信号は依然として ASIC パッケージの境界を越え、ホスト PCB の一部を通過します。

したがって、NPO は、パッケージレベルの統合リスクを回避しながら、電気チャネルの制約をいくつか保持します。

光電気的分離と修復性

光学エンジンは ASIC パッケージの外部にあるため、NPO は緊密に統合された CPO アセンブリよりも小さな障害ドメインを提供できます。

故障した光学エンジンは、スイッチ ASIC を交換せずに交換できる場合があります。ただし、これをフロントパネルのホットスワップと混同しないでください。

• シャーシを開ける

• ヒートシンクまたはコールドプレートの取り外し

• 内部ファイバーの切断

• 内部コネクタまたはソケットの解放

• ドーターボードの交換

• ボードレベルでの再作業の実行

したがって、NPO は CPO よりも分離可能ですが、XPO や従来のフロントパネル モジュールよりはアクセスしにくくなります。

梱包と冷却における CPO に対する利点

NPO は、すべての光学エンジンをホスト パッケージ内に直接配置することを避けています。これにより、以下に対するプレッシャーが軽減されます。

• パッケージ基板領域

• パッケージレベルの光学アタッチメント

• パッケージの組み立て

• 結合パッケージ歩留まり

• パッケージの手直し

また、ASIC エンジンと光学エンジンに対して個別の熱経路を確立する自由度も高まります。

• 空冷

• 導電性ヒートスプレッダ

• 基板実装ヒートシンク

• システムコールドプレート

• シャーシレベルの水冷

NPOにはまだまだ高度なものづくりが求められます。ホストボードは、短い高速電気リンク、光エンジン、内部ファイバー、電力供給、熱構造、および限られたエリア内でのサービス アクセスを統合する必要があります。

NPOの限界

NPO は CPO ほど積極的に電気経路を短縮しません。したがって、パッケージレベルの光学エンジンよりも強力なイコライゼーションやリタイミングが必要になる場合があります。

• ASICパッケージ

• ホストPCBトレース

• 中間コネクタ

• エンジンの配置

• 電気レーン料金

• 熱設計

• 内部ファイバールーティング

NPO は、固定された総帯域幅によって定義されるべきではありません。その容量は、電気レーンの数、レ​​ーンごとのデータ レート、光波長計画、およびエンジンの分割によって異なります。

中間建築としてのNPO

• フロントパネルの電気配線が困難になりすぎている

• 完全な CPO 統合は受け入れられません

• エンジン内部のメンテナンスも可能

• ボードレベルの光統合が可能

• フロントパネルの活性交換は必須ではありません

だからといって、NPOが一時的なものでなければならないというわけではありません。システム設計者が電気到達距離の短縮と光学エンジンの部分的な独立性の両方を重視する場合には、引き続き有用です。

XPO アーキテクチャ: 極度の密度を実現するためのプラガブル モデルの再構築

XPO は eXtra-dense Pluggable Optics の略です。フロントパネルの交換境界を維持しながら、電気レーン密度を高め、モジュールレベルで液体冷却を導入します。

役人XPO MSAをサポートする水冷式プラグイン可能なフォームファクタを開発中です。64 の高速電気レーン。 MSA は、興味のある方なら無差別に参加できます。

CPO や NPO とは異なり、XPO は光変換を ASIC の隣に移動することで電気距離の問題を主に解決しません。交換可能なフロントパネルモジュールの密度と冷却能力を高めることに重点を置いています。

XPO 水冷プラグイン可能モジュール

フロントパネルのプラグイン可能性とモジュールレベルの統合

XPO モジュールには引き続きフロント パネルからアクセスできます。

• 独立したモジュール交換

• フィールドサービス

• スイッチと光学系のライフサイクルを分離

• モジュールレベルのインベントリ

• 柔軟な光到達範囲の選択

• より明確な障害分離

そのコストは、モジュール境界がより大きく、より複雑になることです。 XPO は、多数の電気レーン、十分な電力供給、高密度の光接続、モジュール管理、液体冷却、および信頼性の高い挿入および排出メカニズムに対応する必要があります。

64 の電気レーンがシステム設計に何を意味するか

XPO MSA は現在、64 レーンの電気インターフェイスを識別しています。総光容量は、最終的なレーンごとのシグナリング レート、変調方式、エンコーディング、リタイミング アーキテクチャ、および光実装によって異なります。

• 電気コネクタの密度

• ホストPCBエスケープ配線

• モジュールの電力供給

• 熱負荷

• モジュールの制御と診断

• 光送信機と光受信機の数

• ファイバーまたは波長のマッピング

完全な MSA 仕様が公開されるまでは、正確なモジュール帯域幅、電力制限、コネクタの割り当て、および機械的寸法は、普遍的な XPO 仕様ではなく実装に依存するものとして扱う必要があります。

統合された液体冷却

XPO は、プラグ可能モジュール アーキテクチャ内に液体冷却を配置します。

これは従来の空冷モジュールからの根本的な変更です。冷却システムは以下のものとともに動作する必要があります。

• 電気接点

• 光インターフェース

• モジュールの保持

• 管理接続

• 挿入と取り外しの手順

• サービスアクセス

液体冷却では、次のような追加のエンジニアリング要件が発生します。

• 信頼性の高い流体接続

• 漏れの防止と検出

• ブラインドメイトアライメント

• クーラントの適合性

• 圧力降下制御

• モジュール挿入力

• メンテナンス手順

冷却インターフェイスは、スイッチ シャーシの一部だけではなく、モジュール サービス モデルの一部になります。

XPO は外部レーザーのプラグイン可能を意味するものではありません

XPO の正式な拡張は次のとおりです。超高密度のプラガブル光学系。

外部レーザーは特定の光学実装で使用される場合がありますが、それは XPO の特徴ではありません。

主に CPO で使用される交換可能な外部レーザーの正しい標準用語は次のとおりです。ELSFP、または外部レーザー スモール フォーム ファクター プラガブル。

保守性の利点と複雑さの追加

XPO は、3 つのアーキテクチャの中で最も明確な現場交換モデルを提供します。

障害が発生したモジュールは、スイッチ ASIC を交換したり、内部の光学エンジンにアクセスしたりせずに、前面パネルから取り外すことができます。

ただし、液冷式のプラグイン可能性は、従来のモジュール交換よりも機械的に要求が厳しくなります。完成した設計では、接続と切断が必要になる場合があります。

• 高速電気レーン

• 電源接点

• 管理シグナル

• 光ファイバー

• 水冷ポート

• 機械的保持機能

すべてのインターフェイスは、挿入と取り外しを繰り返しても信頼性を維持する必要があります。

CPO vs NPO vs XPO: エンジニアリングの比較

組み込み位置と電気距離

CPO は、パッケージレベルの環境内に光変換を配置することにより、最短の電気経路を提供します。

NPO により、パッケージと近くのボードに取り付けられたエンジンの間の経路が長くなります。

XPO は、ASIC とフロント パネル モジュール間の電気接続を保持します。

実際の距離は実装によって異なるため、アーキテクチャ名を汎用の物理長仕様に変換しないでください。

電力、冷却、信号整合性のトレードオフ

CPO は、電気インターフェイスの電力を削減する最も強力な可能性を提供しますが、ASIC パッケージ周囲に最も高い熱集中が発生します。

NPO は、PCB への到達距離を削減しながら、ASIC と光学エンジンの間の分離を強化します。

XPO はモジュールの交換を維持しますが、フロント パネルのフォーム ファクター内に実質的な機能と熱を集中させます。

保守性と障害の境界

置換境界は大きく異なります。

• CPO:パッケージアセンブリまたは内部光学エンジン

• NPO法人：内部エンジン、ソケット、またはドーターボード

• XPO:フロントパネルモジュール

エンジニアは、コンポーネントが技術的に交換可能かどうかだけでなく、どこで修理が必要か、どのようなツールが必要か、システムのどの程度を停止する必要があるかを評価する必要があります。

パッケージの複雑さと製造の所有権

• 半導体パッケージング

• シリコンフォトニクス

• パッケージ基板

• 光学アタッチメント

• パッケージレベルの熱設計

• ホストボードの設計

• 短い電気インターフェース

• 内部光学エンジンアタッチメント

• ファイバールーティング

• 基板レベルの冷却

• 高密度モジュール実装

• 水冷の統合

• 高電流電力供給

• 高密度の電気および光インターフェース

• フロントパネルの機構

製造業のエコシステムはどのように変化するか

CPO: 高度なパッケージングとシリコン フォトニクス

CPO では、ASIC 設計、フォトニック統合、基板設計、電気的パッケージング、光学的取り付け、熱管理、およびテスト間の緊密な調整が必要です。

複数の利回りドメインを一緒に管理する必要があります。完成したアセンブリには、高価値スイッチ ASIC、いくつかの光学エンジン、フォトニック集積回路、ドライバー、受信機、ファイバー結合器、および冷却構造が含まれる場合があります。

正常なダイのテスト、ソケット付きエンジン、外部レーザー、冗長性、およびパッケージレベルの診断はリスクを軽減できますが、コストと複雑さも増加します。

NPO: ボード統合と内部光学調整

NPO は光学エンジンをパッケージの外に置き、スイッチ内に移動します。

製造の優先事項には、短い PCB チャネル、低損失電気配線、内部エンジン コネクタ、ファイバ ルーティング、基板レベルの冷却、光学的位置合わせ、サービス アクセス、エンジンのテスト容易性が含まれます。

NPO はパッケージレベルの制約をいくつか軽減しますが、より専門化されたシステムボードを作成します。

XPO: モジュールの統合と液体冷却

XPO は光モジュールを別個の製品として保持しますが、必要な機能は従来のプラガブルを超えて拡張されます。

モジュールは、レーン数の多い電気インターフェイス、十分な電力供給、液体冷却、高密度の光接続、モジュール管理、および機械的保守性を組み合わせる必要があります。

中心的な課題は、交換可能なモジュールの境界を維持しながら、より多くの電気、光学、および熱の機能をその境界に統合することです。

MPO、ファイバーアレイ、チップレベルの光結合への影響

CPO、NPO、および XPO では、ファイバー接続の必要性が排除されるわけではありません。接続がどこで行われるか、どのような密度、精度、機械的特性が必要かが変わります。

CPO、NPO、XPO がファイバー接続をどのように変えるか

XPO と高密度マルチファイバー接続

64 レーンのプラグイン可能な電気インターフェイスにより、組織化された高密度の光ルーティングが強く求められます。

• 波長多重化

• 二重化アーキテクチャ

• 光変調

• 到着

• レーンマッピング

• コネクタの設計

関連するコネクタとケーブルの考慮事項は次のとおりです。

• コネクタの設置面積

• ファイバーの極性

• 挿入損失と反射損失

• 清掃アクセス

• ケーブル取出し方向

• 冷却構造の周りの配線

• 交換時の機械的負担

• コネクタの保持

MPO タイプのインターフェイスは、標準化されたマルチファイバー接続に適していますが、最終的なコネクタ構成は、完成した XPO 仕様と光実装に従う必要があります。

水冷モジュール周辺の熱的および機械的要件

液冷モジュールの近くのファイバ アセンブリは、流体ポート、コールド プレート、電源接点、高速電気コネクタ、イジェクタ機構、およびフロント パネル保持構造と共存する必要があります。

• 曲げ半径管理

• ケーブルの配線

• コネクタのアクセシビリティ

• サービスループ

• ストレインリリーフ

• 熱膨張

• 機械的すきま

最終的なモジュールおよびシステム仕様が入手可能になる前に、普遍的な温度クラスまたはジャケット材料要件を想定すべきではありません。

CPO と NPO がスイッチ内の光接続を移行

光エンジンが ASIC に近づくと、以前はフロント パネルのトランシーバー内に含まれていた光接続の一部が内部光インターコネクトになります。

• 内部ファイバーハーネス

• コンパクトな多心コネクタ

• ファイバーアレイユニット

• 薄型ルーティング構造

• 光学エンジンピグテール

• チップレベルのカップリングアセンブリ

CPO では、従来のフロント パネル コネクタよりも小さい、またはより多くのパッケージ互換性のある光インターフェイスが必要になる場合があります。優先されるインターフェイスは、利用可能なスペース、ファイバー数、損失予算、保守性、および組み立てプロセスによって異なります。

ファイバーアレイ、V 溝、マイクロレンズ

あファイバーアレイ複数のファイバを制御されたピッチで配置して、光集積回路に結合できるようにします。

あV溝この構造は繊維を機械的に位置決めし、相対的な位置合わせを維持するのに役立ちます。

あマイクロレンズアレイファイバーとフォトニックチップの間で光ビームを集束、コリメート、または再形成することができます。

• エッジカップリング

• グレーティングカップリング

• 拡張ビームインターフェース

• 取り外し可能な光接続

• 恒久的に取り付けられたファイバーアレイユニット

必要なアライメント公差と結合性能は、光モード、導波路構造、レンズ形状、取り付け材料、および動作温度によって異なります。

ファイバーアレイ、V 溝、マイクロレンズをシリコンフォトニクスチップに結合

CPO、NPO、XPOの選び方

すべてのスイッチに最適な単一のアーキテクチャはありません。

電気的性能と電力バジェットに基づいて選択してください

電気到達距離を最小限に抑え、インターフェース電力が主要な要件である場合、CPO が最も有力な候補となります。

NPO は、電気経路を短くする必要があるが、パッケージレベルの統合は受け入れられない場合に適しています。

XPO は、フロント パネルの保守性とプラグ可能密度の向上が最小電気距離よりも優先される場合に適しています。

保守性で選ぶ

XPO は、独立した光学部品の在庫と迅速な現場サービスを必要とするオペレータに最も直接的な代替モデルを提供します。

内部エンジンの交換がシャーシの定期メンテナンス中に実行できる場合は、NPO が適している可能性があります。

CPO では、パッケージの修理、エンジンの冗長性、レーザーの配置、交換コストを注意深く分析する必要があります。

冷却の準備状況で選ぶ

CPO には、ASIC パッケージの周囲に集中している光学コンポーネントと電気コンポーネントから熱を除去する機能が必要です。

NPO は、内部ボードに取り付けられた光学エンジン用の効果的な熱経路を必要としています。

XPO には、モジュール境界に液冷インフラストラクチャと信頼性の高い流体インターフェイスが必要です。

製造能力で選ぶ

CPO は高度な半導体とフォトニック パッケージングに大きく依存しています。

NPO は、特殊なボード設計、内部光学エンジン統合、およびファイバー調整に依存しています。

XPO は、液冷モジュール設計、高密度電気接続、高電力供給、およびマルチファイバー インターフェイスに依存しています。

エンジニアリング上の決定チェックリスト

アーキテクチャを選択する前に、次のことを確認してください。

• 必要な ASIC から光学系までの電気距離

• 最大チャネル損失

• 総システム電力予算

• 冷却アーキテクチャ

• 光学エンジン置き換え戦略

• 許容可能な障害ドメイン

• パッケージおよび基板の製造能力

• 内部ファイバー配線スペース

• コネクタ密度

• 光学調整要件

• テストと再作業の戦略

• 予想されるスイッチと光学系のアップグレード サイクル

CPO、NPO、XPO に関するよくある誤解

3 つの帯域幅レベルではありません

CPO、NPO、および XPO は、配置および統合アーキテクチャを説明します。

それらの総帯域幅は、レーン数、レーンごとのデータ レート、波長アーキテクチャ、変調形式、およびシステム世代によって異なります。

光学系を近づけてもすべての問題が解決されるわけではない

電気到達距離を短くすると、チャネル損失と信号調整電力を削減できますが、パッケージの複雑さ、熱集中、歩留り結合、およびメンテナンスコストが増加する可能性があります。

最短の電気経路が自動的に最もリスクの低いシステムになるわけではありません。

NPO は自動的にホットスワップ可能ではありません

NPO は光学エンジンを ASIC パッケージから分離しますが、通常、エンジンはシャーシ内に残ります。

独立した交換をフロントパネルのホットスワップと混同しないでください。

CPO は、光障害発生後に必ずしも ASIC を交換する必要があるわけではありません

障害の境界は、光学エンジンがはんだ付けされているか、ソケットに接続されているか、冗長であるか、または独立して修理可能であるかによって異なります。

CPO は、フロント パネルの光学部品よりも現場での保守性が低くなりますが、その正確な修理モデルは実装固有です。

XPO は外部レーザーのプラグイン可能を意味するものではありません

XPOとは超高密度のプラガブル光学系。

ELSFP は、外部レーザーのスモールフォームファクタのプラグイン可能主に同時パッケージ化された光学システムとともに使用される光源。

CPO、NPO、プラガブルオプティクスは共存できるのか？

3 つのアーキテクチャは問題のさまざまな組み合わせを解決するため、技術的には共存が可能です。

CPO は、最短の電気経路と最高のパッケージ統合レベルを提供します。

NPO は、ASIC と光学エンジンの間の分離を大幅に維持しながら、PCB への到達距離を削減します。

XPO は、電気レーンの密度と冷却能力を向上させながら、現場で交換可能なフロント パネル モジュールを維持します。

その導入は帯域幅以上のものに依存します。重要な変数には次のものがあります。

• インターフェースパワー

• システム総電力

• 冷却インフラ

• 包装歩留り

• 光学エンジンの信頼性

• 現場メンテナンスの要件

• 内部繊維密度

• コネクタ技術

• 製造コスト

• 導入規模

CPO は、あらかじめ決められた普遍的なエンドポイントとして扱われるべきではありません。 NPO は、近接性と内部の保守性の両方が重要な場合には引き続き役立つ可能性があります。 XPO は、液体冷却が利用可能であり、オペレーターがプラグイン可能なメンテナンス モデルを維持したい場合に魅力的になる可能性があります。

おそらく、さまざまなスイッチ設計、ネットワーク層、冷却システム、および運用上の優先順位に適合する、より広範な光アーキテクチャのセットが実現される可能性があります。

よくある質問

CPO、NPO、XPOの主な違いは何ですか?

主な違いは光学エンジンの位置です。 CPO はエンジンを ASIC パッケージ レベルの環境内に配置し、NPO はエンジンを ASIC 近くのシステム PCB 上に配置し、XPO はフロント パネルの水冷プラグ可能モジュール内にエンジンを保持します。

CPO がフロントパネルのプラグ可能光学系と比べて消費電力を削減できるのはなぜですか?

CPO は、ASIC と光変換ポイント間の電気接続を短縮します。これにより、イコライゼーション、リタイミング、駆動電力、信号処理の負担を軽減できます。システム全体の利点は、電気インターフェースと比較ベースラインによって異なります。

CPO 光学エンジンは個別に交換できますか?

パッケージデザインにより異なります。ソケット付きエンジンでは製造の手直しや特殊な交換が可能ですが、半田付けされたエンジンは保守がより困難です。通常、どちらもフロント パネル モジュールと同じアクセシビリティを提供しません。

NPO はホットスワップ可能ですか?

必ずしもそうとは限りません。 NPO エンジンはスイッチ内に残っているため、シャーシへのアクセス、冷却コンポーネントの取り外し、内部ファイバーの切断、またはボードレベルの修理が必要になる場合があります。

XPO とはどういう意味ですか?

XPOとは超高密度のプラガブル光学系。 XPO MSA は、64 の高速電気レーンをサポートする水冷式のプラグ可能フォーム ファクターを開発しています。

これらのアーキテクチャは MPO コネクタとファイバー アレイにどのような影響を及ぼしますか?

XPO は、高密度フロントパネルのマルチファイバー接続に対する継続的な需要をサポートします。 CPO と NPO は、スイッチ内部での光ルーティングをさらに進めており、コンパクトなファイバー アレイ、内部ハーネス、V 溝の位置合わせ、マイクロレンズ、およびパッケージ互換の光インターフェイスの重要性が高まっています。