Hiểu biết

Co-Quang học đóng gói (CPO) là gì?

Quang học đóng gói-là cấu trúc chuyển đổi giúp chuyển đổi chuyển đổi điện-sang-quang bên cạnh silicon chuyển đổi. Trong một hệ thống thông thường, quang học nằm trongmô-đun quang có thể cắm đượctrên tấm mặt công tắc và tín hiệu điện truyền đi vài cm trên bảng - thông qua các dấu vết, đầu nối và thường là chip hẹn giờ lại - trước khi đến được chúng. CPO thu hẹp khoảng cách đó: động cơ quang học quang tử silicon được gắn trên cùng một gói hoặc chất nền với công tắc ASIC, thu nhỏ đường dẫn điện từ cm xuống milimet.

Một sự tương tự lỏng lẻo là gắn một máy bơm trực tiếp vào bể thay vì chạy đường ống dài, bị rò rỉ giữa hai máy. Trường hợp kỹ thuật chính xác hơn so với trường hợp tương tự. Ở mức 100G và 200G trên mỗi làn điện, việc đẩy tín hiệu qua một kênh bảng dài đòi hỏi các bộ định thời gian SerDe và DSP ngốn nhiều điện năng, đồng thời mức tổn thất sẽ ngày càng trầm trọng hơn theo từng bước tốc độ. Một cuộc khảo sát-được đánh giá ngang hàng ởBiên giới của quang điện tử (Tân và cộng sự, 2023) mô tả CPO như một cách để rút ngắn đáng kể liên kết SerDes, tăng mật độ băng thông kết nối và hiệu quả sử dụng năng lượng tại thời điểm mà hệ thống quang học có thể cắm thông thường không còn có thể theo kịp tốc độ tăng trưởng lưu lượng truy cập của trung tâm dữ liệu.

Hầu hết các thiết kế CPO đều có chung các khối xây dựng: một công tắc ASIC, một số động cơ quang tử silicon được bố trí xung quanh nó, các nguồn laser bên ngoài (thường có thể cắm được, do đó, một tia laser bị hỏng có thể được hoán đổi mà không cần chạm vào gói) và các mảng sợi mật độ-cao mang ánh sáng từ mép gói đến bảng điều khiển phía trước.

Tại sao các trung tâm dữ liệu AI lại thúc đẩy CPO

Hai áp lực gặp nhau bên trong cụm AI. Đầu tiên là băng thông: một cơ cấu đào tạo hiện đại kết nối hàng nghìn GPU, mỗi GPU cần 800G - và sắp tới là 1,6T - kết nối, do đó số lượng liên kết quang tăng nhanh hơn nhiều so với số lượng máy chủ. Thứ hai là quyền lực. Các dự án của Cơ quan Năng lượng Quốc tếBáo cáo năng lượng và AIrằng mức tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu toàn cầu sẽ tăng hơn gấp đôi lên khoảng 945 TWh vào năm 2030, với AI là động lực lớn nhất cho sự tăng trưởng đó.

Kết nối mạng chỉ là một phần trong gánh nặng đó nhưng lại là một phần phát triển nhanh chóng. Ở tốc độ 51,2 Tbps trên mỗi bộ chuyển mạch, các mô-đun có thể cắm, DSP của chúng và các kênh điện dài cấp nguồn cho chúng chiếm một phần đáng kể trong nguồn điện của hệ thống chuyển mạch và tỷ lệ đó sẽ tăng trở lại ở tốc độ cổng 102,4 Tbps và 1,6T. Đây là vấn đề cụ thể mà CPO nhắm tới - một phần của mô hình rộng hơn mà chúng tôi đã viết trongtại sao khối lượng công việc AI phụ thuộc rất nhiều vào mạng cáp quang.

CPO so với Quang học có thể cắm truyền thống

Hai phương pháp này dễ cân nhắc nhất khi đặt cạnh nhau.

Ngoài ra còn có con đường trung gian. Quang học có thể cắm tuyến tính (LPO) sẽ loại bỏ DSP khỏi mô-đun trong khi vẫn giữ hệ số dạng có thể cắm được và-quang học đóng gói (NPO) gần sẽ di chuyển các công cụ quang học đến gần - nhưng không vào - gói chuyển đổi. Nhiều nhà khai thác mong đợi ngày hôm nayMô-đun quang 800G, LPO và CPO cùng tồn tại trong nhiều năm, mỗi loại được sử dụng ở cấp mạng nơi-sự đánh đổi của chúng có ý nghĩa.

Triển khai 1.6T được báo cáo: Đã xác nhận, đã xác nhận và chưa được xác minh

Điều hữu ích nhất mà chúng ta có thể làm với câu chuyện đang lan truyền là sắp xếp nó theo bằng chứng.

Các cột mốc được xác nhận

• Vào tháng 3 năm 2024, Broadcomgiao Bailly, được mô tả là bộ chuyển mạch Ethernet CPO 51,2 Tbps đầu tiên trong ngành, ghép nối Tomahawk 5 ASIC với tám động cơ quang tử silicon 6,4 Tbps.
• Đến năm 2025, các nhà sản xuất hệ thống trong hệ sinh thái của Broadcom đã chuyển các thiết bị chuyển mạch dựa trên Bailly{1}} sang sản xuất số lượng lớn và Broadcomđã công bố CPO thế hệ thứ ba-với khả năng 200G-mỗi-làn - thế hệ hỗ trợ các cổng 1.6T gốc.
• NVIDIAđã công bố các dòng chuyển đổi quang tử silicon của mìnhvào tháng 3 năm 2025, đưa CPO lên cả nền tảng InfiniBand và Ethernet.
• Đơn đặt hàng sản xuất số lượng lớn đầu tiên cho bộ thu phát có thể cắm được 1.6T đã được công bố vào đầu năm 2026, xác nhận rằng kỷ nguyên 1.6T cũng đã bắt đầu ở lĩnh vực có thể cắm được.
• Phần cứng CPO đang hoạt động từ nhiều nhà cung cấp là chủ đề thường thấy trên các sàn triển lãm OFC gần đây - xem ghi chú của chúng tôi vềđâu là sự thật và đâu là sự cường điệu tại OFC 2026.

Số liệu báo cáo của nhà cung cấp-(đọc phần kế toán)

• Broadcom báo cáo công suất kết nối quang thấp hơn khoảng 70% so với các bộ thu phát có thể cắm được. Đó là số liệu ở cấp độ-kết nối chứ không phải là cấp độ-cơ sở.
• Các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch xây dựng trên nền tảng Bailly đã báo cáo mức tiết kiệm-ở cấp độ hệ thống trong phạm vi 30–40% so với các hệ thống có thể cắm hoàn toàn theo tiêu chuẩn riêng của họ.
• Vật liệu sản phẩm của NVIDIAyêu cầu hiệu suất năng lượng tốt hơn tới 5 lần cho-các bộ thu phát quang học đóng gói chung so với các bộ thu phát có thể cắm thêm, cùng với các lợi ích về khả năng phục hồi và-tốc độ triển khai.

Chưa được xác minh kể từ tháng 6 năm 2026

• Tuyên bố rằng một nhà cung cấp đám mây Trung Quốc đã ra mắt cụm CPO 1,6 nghìn tỷ CPO thương mại đầu tiên của nước này vào tháng 4 năm 2026, bao gồm con số hơn 5.000 thiết bị chuyển mạch CPO tại một địa điểm.
• Các kết quả cụ thể đi kèm với tuyên bố đó: tổng mức tiêu thụ điện năng thấp hơn 45%, chi phí làm mát thấp hơn 52%, mật độ máy chủ cao hơn 30%, độ trễ-đến-cuối thấp hơn 60% và tiết kiệm hàng năm trên 200 triệu kWh.
• Có báo cáo cho biết các công ty Internet và đám mây khác của Trung Quốc sẽ ra mắt cụm CPO của riêng họ vào nửa cuối năm 2026. Chúng tôi không tìm thấy-thông báo nào của bên thứ nhất ủng hộ việc này.

Điều này không có nghĩa là việc triển khai đã không xảy ra - các nhà khai thác lớn đôi khi triển khai một cách lặng lẽ. Điều đó có nghĩa là các tuyên bố phải được gắn nhãn chưa được xác nhận cho đến khi có thông báo chính thức, tài liệu kỹ thuật hoặc dữ liệu thử nghiệm đã được kiểm toán xuất hiện. Và bất kỳ khung hình "đầu tiên trên thế giới" nào cũng phải đối mặt với thực tế là hệ thống CPO đã được vận chuyển bên ngoài Trung Quốc kể từ năm 2024.

Nguồn, làm mát và độ trễ: Cách đọc số

“Sức mạnh” nào đang được cứu?

Những tuyên bố mạnh mẽ về CPO tồn tại ở bốn cấp độ khác nhau và việc trộn lẫn chúng là lỗi phổ biến nhất khi đưa tin về chủ đề này.

• Nguồn kết nối quang- quang học cộng với kênh điện cung cấp cho chúng. Đây là nơi áp dụng số liệu 70%-của nhóm.
• Chuyển đổi nguồn hệ thống- toàn bộ công tắc, bao gồm ASIC, làm mát và mặt phẳng điều khiển. Các tiêu chuẩn sản xuất ban đầu đưa mức tiết kiệm ở đây vào khoảng 30–40%.
• Giá đỡ và công suất làm mát- phụ thuộc vào thiết kế làm mát. CPO tập trung nhiệt vào gói công tắc và hầu hết các thiết kế đều sử dụng tản nhiệt bằng chất lỏng.
• Tổng công suất cơ sở- bị chi phối bởi GPU, bộ nhớ và khả năng làm mát. Kết nối mạng chỉ chiếm thiểu số, do đó, ngay cả khoản tiết kiệm lớn từ kết nối cũng sẽ chuyển thành những thay đổi phần trăm-chữ số ở cấp cơ sở cho hầu hết các trung tâm dữ liệu AI.

Đây là lý do tại sao tuyên bố như "CPO đã cắt giảm 45% tổng công suất của trung tâm dữ liệu" cần bằng chứng đặc biệt: công nghệ cấp độ chuyển đổi-thường không thể tự mình di chuyển tổng số cơ sở đi xa đến vậy.

Độ trễ

Bằng cách loại bỏ các giai đoạn DSP và bộ hẹn giờ lại, CPO có thể giảm hàng chục nano giây mỗi bước nhảy. Trên một kết cấu lớn có nhiều{1}}tầng cộng lại và đối với các công việc đào tạo được đồng bộ hóa chặt chẽ, điều đó có thể quan trọng. Nó không hỗ trợ tuyên bố chung chung về "độ trễ từ đầu đến cuối" ở mức thấp hơn 60% vì thời gian phản hồi từ đầu đến cuối bị chi phối bởi tính toán, phần mềm và xếp hàng thay vì lớp liên kết.

Làm mát và mật độ

Việc loại bỏ các mô-đun có thể cắm nóng khỏi tấm mặt có thể cải thiện luồng không khí và cho phép cấu hình dày đặc hơn, điều này có thể giảm chi phí làm mát trên mỗi đơn vị băng thông trong các điều kiện tương đương. Lợi ích là có thật nhưng phụ thuộc vào cấu hình-và đi kèm với một yêu cầu mới: quản lý gói chuyển đổi nóng hơn, dày đặc hơn, thường là làm mát bằng chất lỏng.

Dòng thời gian thương mại hóa và những người chơi chính

Vòng cung có thể kiểm chứng trông như thế này. Các chương trình và tiêu chuẩn nghiên cứu hoạt động, bao gồm cả khung-đóng gói chung của OIF, đã được triển khai từ đầu những năm 2020. Broadcom giao Bailly cho khách hàng vào tháng 3 năm 2024 và trình chiếu công khai tại OFC năm đó. Vào năm 2025, các hệ thống dựa trên Bailly{7}}đã bước vào sản xuất số lượng lớn, NVIDIA đã công bố các dòng chuyển đổi quang tử và Broadcom đã nêu chi tiết CPO thế hệ 200G-mỗi{10}}làn thứ ba{11}}nhằm vào các cổng 1,6T. Vào năm 2026, các hệ thống Quantum{15}}X InfiniBand Photonics của NVIDIA bắt đầu xuất hiện, với Spectrum-X Ethernet Photonics được lên lịch vào nửa cuối năm, trong khi các nhà cung cấp linh kiện mở rộng quy mô công suất mảng laser và sợi quang-để dự đoán khối lượng thực tế.

Hệ sinh thái của Trung Quốc cũng đang chuyển động: các nhà cung cấp bộ chuyển mạch trong nước đã trình diễn các nguyên mẫu CPO, các nhà sản xuất linh kiện cung cấp các bộ mảng sợi quang và cụm quang-mật độ cao cho các chương trình CPO toàn cầu và các nhà khai thác đang đánh giá kiến ​​trúc. Điều vẫn còn thiếu, theo như bằng chứng công khai, là một-cụm thương mại quy mô lớn đã được xác nhận thuộc loại câu chuyện lan truyền mô tả.

Một sắc thái nữa quan trọng đối với người mua: CPO sẽ xuất hiện đầu tiên ở quy mô-các loại vải chuyển mạch liên kết các máy chủ và nhóm - trong khi các liên kết lên quy mô rất ngắn-bên trong giá hiện tại thường vẫn giữ nguyên màu đồng. Mỗi phương tiện chiến thắng ở đâu là vấn đề về phạm vi tiếp cận, sức mạnh và chi phí mà chúng tôi sẽ giải quyết trongđồng và cáp quang trong trung tâm dữ liệu AI.

Những phần cứng: Độ tin cậy, Khả năng phục vụ, Chi phí và Chuỗi cung ứng

Các bài viết chỉ liệt kê các lợi ích của CPO đã bỏ sót lý do việc áp dụng là có chủ ý chứ không phải ngay lập tức.

• Độ tin cậy của tia laser.Laser là một trong những thành phần quang học có độ tin cậy kém nhất, đó là lý do tại sao hầu hết các thiết kế CPO đều giữ chúng ở các nguồn laser có thể cắm bên ngoài thay vì bên trong gói.
• Dịch vụ hiện trường.Một thiết bị cắm không thành công sẽ được đổi chỗ trong vài phút; công cụ quang học đã xuống cấp trên gói CPO không thể sửa chữa được tại hiện trường. Người vận hành cần lập kế hoạch dự phòng, chiến lược tiết kiệm và tin tưởng vào-tỷ lệ thất bại lâu dài trước khi thực hiện toàn bộ kết cấu.
• Năng suất và làm lại kinh tế.Đồng-đóng gói kết hợp một ASIC chuyển đổi đắt tiền với nhiều động cơ quang học, do đó, một lỗi trong một động cơ sẽ khiến toàn bộ tổ hợp gặp rủi ro. Sản lượng đóng gói và thử nghiệm khuôn mẫu-tốt-đã biết sẽ thúc đẩy đường cong chi phí.
• Mật độ gắn sợi và cáp.Mỗi bộ chuyển mạch CPO kết thúc hàng nghìn sợi, đẩy các đơn vị mảng sợi chính xác và hệ thống cáp có cấu trúc-mật độ cao lên nền trước - cùng áp suất đã thấy trongCáp MPO cho cụm AI loại 800G{1}}.
• Tiêu chuẩn hóa và tìm nguồn cung ứng thứ hai.Các mô-đun có thể cắm được có thể hoán đổi cho nhau giữa các nhà cung cấp; CPO hiện tại thì không. Người mua vẫn cảnh giác với việc-khóa một nhà cung cấp-cho đến khi khả năng tương tác hoàn thiện.

Vì những lý do này, hầu hết các dự báo - bao gồm cả dự báo tăng giá - mô tả việc tăng cường CPO cùng với thiết bị cắm được và LPO cho đến cuối những năm 2020, bắt đầu từ loại vải AI dày đặc nhất thay vì thay thế hoàn toàn hệ thống quang học có thể cắm được.

Dòng dưới cùng

Quang học đóng gói-đã qua giai đoạn phần mềm trượt: các sản phẩm đang được vận chuyển, một hệ sinh thái đang hình thành và cơ sở vật lý đằng sau lợi thế về sức mạnh của nó đã được ghi chép rõ ràng trong các công trình-được đánh giá ngang hàng và các tiết lộ của nhà cung cấp. Một cụm thương mại CPO 1,6 nghìn tỷ CPO quy mô lớn, đã được xác minh ở Trung Quốc sẽ là một cột mốc quan trọng - nhưng tính đến tháng 6 năm 2026, các tuyên bố cụ thể đang được lưu hành thiếu nguồn bên thứ-thứ nhất và số tiêu đề của chúng làm mờ ranh giới giữa sức mạnh kết nối và tổng sức mạnh của cơ sở. Cho đến khi tài liệu chính thức xuất hiện, hãy coi chúng như những dự đoán. Tuy nhiên, hướng di chuyển không còn nghi ngờ gì nữa: đường dẫn điện ngắn hơn, nhiều sợi quang hơn và quang học di chuyển đều đặn đến gần silicon hơn.

Ghi chú biên tập: số liệu của nhà cung cấp được trích dẫn ở trên đến từ các thông báo công khai và tài liệu sản phẩm được liên kết. Các xác nhận quyền sở hữu được gắn nhãn chưa được xác minh không có nguồn-bên thứ nhất mà chúng tôi có thể xác định tại thời điểm xuất bản; bài viết này sẽ được cập nhật nếu tài liệu chính thức xuất hiện.