CPO 대 NPO 대 XPO: 인공지능 데이터 센터 광학에서 건축, 전력, 냉각 및 유지보수

AI 클러스터는 스위치 대역폭, 광학 레인 수, 전면 패널 밀도 및 시스템 전력을 동시에 확장하도록 강제합니다. 전기 레인 속도가 증가함에 따라 스위치 ASIC과 해당 광 인터페이스 간의 연결을 설계하기가 점점 더 어려워지고 있습니다. PCB 채널이 길수록 더 많은 손실이 발생하고 더 강력한 균등화, 타이밍 조정 또는 디지털 신호 처리가 필요한 경우가 많습니다.

CPO, NPO 및 XPO는 세 가지 광학 엔진 배치 전략을 통해 이 문제를 해결합니다.

• CPO스위치 ASIC의 패키지 레벨 환경으로 광 변환을 이동합니다.

• NPO광학 엔진을 ASIC 가까이에 배치하지만 호스트 PCB에 유지합니다.

• XPO전면 패널 플러그형 모듈을 유지하는 동시에 전기 레인 밀도를 높이고 모듈 수준 액체 냉각을 도입합니다.

그들의 공통 목표는 고속 전기 전송으로 인해 발생하는 한계를 줄이는 것입니다. 그러나 각 아키텍처는 전력, 열, 패키징 위험, 광섬유 연결 및 유지 관리 책임을 다르게 분배합니다.

CPO, NPO, XPO란 무엇인가요?

CPO는 호스트 ASIC의 패키지 수준 환경 내에 광학 엔진을 배치하고, NPO는 이를 ASIC에 가까운 시스템 PCB에 장착하며, XPO는 고밀도 전면 패널 플러그형 모듈을 유지합니다. 주요 절충점은 전기 도달 거리, 패키지 통합, 열 설계 및 현장 서비스 가능성 사이에 있습니다.

그만큼OIF CEI-448G 프레임워크CPO를 호스트 패키지에 장착된 전기-광 장치로 정의합니다. 이는 NPO를 PCB 트레이스 및 전기 신호 요구 사항을 최소화하기 위해 호스트 실리콘에 인접한 호스트 PCB에 장착된 장치로 정의합니다.

CPO vs NPO vs XPO 광학 엔진 배치

"마이크로미터 규모의 CPO", "센티미터 규모의 NPO" 및 "데시미터 규모의 플러그형 장치"와 같은 설명은 개념적 설명으로 유용할 수 있지만 보편적인 사양 제한은 아닙니다. 물리적 거리는 패키지, 보드, 커넥터 및 섀시 설계에 따라 다릅니다.

공유 목표: 전기 경로 단축

기존 스위치에서는 ASIC이 시스템 보드에 있고 광트랜시버가 전면 패널에 설치되어 있습니다. 고속 전기 신호는 광 변환이 발생하기 전에 패키지 전환, PCB 트레이스, 비아, 커넥터 및 모듈 전기 인터페이스를 통해 이동해야 합니다.

데이터 속도가 높을수록 이 채널을 관리하기가 더 어려워집니다. 유전 손실, 반사, 누화 및 임피던스 불연속성은 신호 마진을 감소시킵니다. 시스템은 더 강력한 송신기 및 수신기 균등화, 클록 복구, 타이밍 재설정, 순방향 오류 수정 또는 타이밍 재설정된 모듈 DSP를 통해 보상할 수 있습니다.

광학 엔진을 ASIC에 더 가깝게 이동하면 링크의 전기 부분이 단축됩니다. 그러면 고속 PCB 트레이스를 통하지 않고 광학적으로 더 많은 물리적 거리를 커버할 수 있습니다.

세 가지 광학 엔진 배치 모델

• CPO:광학 변환은 패키지 수준 어셈블리 내부에서 발생합니다.

• NPO:패키지 근처의 호스트 PCB에서 광 변환이 발생합니다.

• 엑스포:광학 변환은 교체 가능한 전면 패널 모듈 내부에 남아 있습니다.

이러한 배치 결정은 시스템의 전기 손실, 전력 분배, 냉각 구조, 파이버 라우팅, 제조 프로세스 및 수리 전략에 영향을 미칩니다.

고속 스위치에서 전기 도달 거리가 중요한 이유

짧은 전기 경로로 신호 조정 부담을 줄이는 방법

ASIC과 광학 엔진 간의 전기 링크는 시스템의 신호 무결성, 전력 및 열 예산의 일부를 소비합니다.

레인 속도가 증가함에 따라 PCB 전송은 다음 사항에 점점 더 민감해집니다.

• 추적 길이

• 패키지 이스케이프 라우팅

• 보드 유전 손실

• 비아 및 커넥터 전환

• 누화

• 반사 손실

• 균등화 기능

채널이 길수록 일반적으로 더 많은 보상이 필요합니다. 이러한 보상은 공기 흐름과 패널 공간이 이미 제한된 영역에서 전력을 소비하고 열을 발생시킵니다.

PCB 채널 손실, 균등화 및 전력

기존의 광 모듈에는 광 전송 전에 전기 신호를 복구하고 시간을 재조정하는 DSP가 포함될 수 있습니다. 이는 견고한 모듈 경계를 생성하지만 트랜시버 내부에 전력을 추가하기도 합니다.

더 짧은 전기 경로는 다른 인터페이스 배열을 지원할 수 있습니다.

• 선형 광학, 호스트 ASIC에 더 많은 신호 컨디셔닝이 남아 있습니다.

• 절반만 재조정된 광학 장치, 인터페이스의 일부만 리타임됩니다.

• 완전히 재조정된 광학 장치, 여기서 모듈은 완전한 리타이밍 경계를 제공합니다.

선호하는 설계는 호스트 SerDes 기능, 채널 손실, 상호 운용성 요구 사항, 광학 도달 범위, 열 제한 및 허용 가능한 구현 위험에 따라 달라집니다.

따라서 관련된 엔지니어링 질문은 단순히 DSP가 존재하는지 여부가 아닙니다. 그것은:

균등화, 타이밍 조정, 클럭 복구 및 FEC 기능은 어디에 있으며 어떤 전기 채널을 보상해야 합니까?

더 짧은 전기 링크가 더 나은 시스템을 자동으로 생성하지 못하는 이유

전기 도달 거리를 줄이면 설계의 한 부분은 개선되지만 다른 부분은 복잡해질 수 있습니다.

• 시스템의 가장 큰 열원 주위에 추가 열을 집중시킵니다.

• 패키지 크기 및 기판 복잡성 증가

• 광학 엔진을 교체하기가 더 어려워집니다.

• 광학 엔진 수율과 패키지 수율을 결합합니다.

• 내부 섬유 밀도 증가

• 보다 정확한 파이버-칩 정렬 필요

• 복잡한 패키지 수준 테스트

따라서 CPO, NPO 및 XPO는 엔지니어링 제약 조건을 제거하는 것이 아니라 배포하는 서로 다른 방법입니다.

CPO 아키텍처: ASIC 패키지 내부의 광학 엔진

함께 패키지된 광학 제품스위치 ASIC의 패키지 레벨 환경 내에 광학 엔진을 배치합니다. 모든 고속 전기 레인을 전면 패널로 라우팅하는 대신 시스템은 ASIC 가까이에서 광 변환을 수행하고 광섬유를 통해 신호를 패널로 전달합니다.

이는 전기 도달 거리를 줄이는 세 가지 아키텍처 중 가장 공격적인 아키텍처입니다.

2.5D 및 3D 패키징과의 물리적 통합

CPO는 종종 2.5D 및 3D 패키징과 연관되지만 이러한 용어는 CPO와 호환되지 않습니다.

• 스위치 ASIC

• 다중 광학 엔진

• 실리콘 포토닉스 장치

• 전기 드라이버 및 수신기

• 패키지 기판 또는 인터포저

• 섬유 부착 구조

• 열 분산기 또는 냉각판

광학 엔진은 ASIC과 동일한 반도체 다이에서 제작될 필요가 없습니다. 별도의 전자 및 광자 칩렛이 동일한 패키지 수준 어셈블리 내에 통합될 수 있습니다.

그만큼OIF 공동 패키징 프레임워크고성능 기판에 소켓형 또는 납땜형 ASIC과 광학 또는 전기 엔진을 포함하는 공동 패키지 어셈블리에 대해 설명합니다. 또한 조립 및 재작업 유연성을 향상시키기 위한 소켓형 근접 패키지 배열에 대해서도 설명합니다.

CPO 대역폭은 구현에 따라 다릅니다.

CPO는 고정 대역폭 클래스가 아닌 통합 아키텍처입니다.

그만큼OIF 3.2Tb/s 공동 패키지 모듈 구현 계약51.2Tb/s 스위치 어셈블리에 대한 3.2Tb/s 빌딩 블록을 정의합니다. 광학 변형에는 병렬 광섬유 및 파장 다중화 구성이 포함되며 동일한 기계적 개념은 수동 구리 부착 모듈도 지원할 수 있습니다.

이 3.2T 모듈은 표준화된 구현 중 하나입니다. 이는 모든 CPO 엔진이 3.2Tbps에서 작동해야 한다거나 CPO가 하나의 대역폭 범위로 영구적으로 제한된다는 의미는 아닙니다.

• 전기 레인 수

• 레인당 데이터 속도

• 광학 파장 수

• 변조 형식

• 엔진 파티셔닝

• 섬유수

• 패키지 토폴로지

전력 및 지연 시간의 이점

주요 CPO 전력 이점은 ASIC과 광학 엔진 간의 고속 전기 연결을 단축하는 데서 비롯됩니다.

• 하이스윙 전기 드라이버

• 강력한 수신 균등화

• 중간 리타이머

• 전체 모듈 DSP 처리

• 추가 FEC 단계

총 이점은 기본 아키텍처에 따라 달라집니다. ASIC-광학 인터페이스 전반에 걸쳐 절약된 전력은 총 스위치 전력의 동일한 비율로 자동으로 표시되어서는 안 됩니다.

• 스위치 ASIC

• 광 변조기 및 수신기

• 레이저 소스

• 전압 변환

• 냉각 펌프 및 팬

• 전자 관리

• 제어 평면 하드웨어

CPO는 리타이밍 및 신호 처리 단계를 제거하거나 단순화하여 인터페이스 대기 시간을 줄일 수도 있습니다. 측정 대상이 전기 인터페이스, 광학 엔진, FEC, 전체 광학 링크, 스위치 파이프라인 또는 엔드투엔드 네트워크인지 여부에 따라 결과가 달라지므로 보편적인 CPO 대기 시간 수치는 없습니다.

서비스 가능성, 수율 및 실패 경계

기존의 플러그형 모듈은 명확한 유지 관리 경계를 만듭니다. 스위치 ASIC을 교체하지 않고도 오류가 발생한 모듈을 전면 패널에서 제거할 수 있습니다.

CPO는 그 경계를 변경합니다.

납땜된 광학 엔진은 패키지 조립 후 교체가 어려울 수 있습니다. 따라서 긴밀하게 통합된 패키지 내부의 오류로 인해 교체 영역이 확대되고 수리 비용이 증가할 수 있습니다.

이는 모든 광 장애가 ASIC을 폐기해야 한다는 의미는 아닙니다. 서비스 가능성은 설계에서 다음을 사용하는지 여부에 따라 달라집니다.

• 납땜 광학 엔진

• 소켓형 광학 엔진

• 교체 가능한 외부 레이저

• 채널 이중화

• 엔진 이중화

• 패키지 수준 재작업

• 현장 수리보다는 창고 수리

소켓형 엔진은 제조 재작업을 개선할 수 있지만 전면 패널 트랜시버보다 접근성이 낮습니다. 따라서 설계에서는 초기 제조 수율과 장기적인 서비스 신뢰성을 모두 고려해야 합니다.

외부 레이저 소스를 갖춘 CPO 패키지 아키텍처

열 및 유지 관리에 대한 타협으로서의 외부 레이저 소스

레이저는 온도에 민감한 부품입니다. 고전력 ASIC 옆에 배치하면 열 설계가 복잡해지고 사용 가능한 신뢰성 여유가 줄어들 수 있습니다.

외부 레이저 아키텍처는 연속파 레이저 소스를 광학 엔진에서 분리합니다. 광 출력은 광섬유를 통해 함께 포장된 어셈블리 내부의 변조기로 전달되는 반면 레이저는 더 시원하고 접근하기 쉬운 위치에 유지됩니다.

그만큼OIF ELSFP 구현 계약정의합니다외부 레이저 소형 폼 팩터 플러그형시스템 내에 공동 패키지된 광 트랜시버를 위한 현장 교체 가능한 연속파 광원으로 사용됩니다. 이는 블라인드 결합 전기 광학 연결을 사용하며 주로 CPO 애플리케이션용으로 설계되었습니다.

• ASIC 패키지에서 레이저 열 환경 분리

• 고장난 광원을 독립적으로 교체

• 단순화된 레이저 냉각

• 중앙 집중식 광전력 관리

• 레이저 모듈의 재사용 또는 업그레이드 가능성

또한 광전력 분배, 커넥터 청결도, 안전 인터록, 중복성 및 모니터링에 대한 요구 사항도 생성됩니다.

ELSFP는 XPO의 다른 이름이 아닙니다. ELSFP는 공동 패키지 엔진에 외부 광 전력을 공급하는 반면, XPO는 다른 플러그형 광 아키텍처를 정의합니다.

NPO 아키텍처: ASIC 근처에 있지만 패키지 외부에 있는 광학 엔진

거의 포장된 광학스위치 ASIC에 가깝지만 ASIC 패키지 외부에 있는 호스트 PCB에 광학 엔진을 배치합니다.

NPO는 광학 엔진과 호스트 패키지 사이의 물리적 분리를 더 크게 유지하면서 전기 도달 범위를 단축합니다.

NPO 보드 레벨 광학 엔진 아키텍처

보드 수준 배치 및 중간 전기 도달 범위

• ASIC 옆

• ASIC 냉각 구조 주변부

• 근처의 도터보드에서

• 내부 연결 어셈블리에서

• 보드 수준 소켓 내

정확한 배치 및 부착 방법은 구현에 따라 다릅니다.

전면 패널 광학 장치와 비교하여 NPO는 PCB 도달 범위를 줄입니다. CPO와 비교해 전기 신호는 여전히 ASIC 패키지 경계를 넘어 호스트 PCB의 일부를 거쳐 이동합니다.

따라서 NPO는 일부 패키지 수준 통합 위험을 피하면서 일부 전기 채널 제약을 유지합니다.

광-전기 분리 및 수리 가능성

광학 엔진은 ASIC 패키지 외부에 있기 때문에 NPO는 긴밀하게 통합된 CPO 어셈블리보다 더 작은 오류 영역을 제공할 수 있습니다.

고장난 광학 엔진은 스위치 ASIC을 교체하지 않고도 교체가 가능합니다. 그러나 이를 전면 패널 핫 스와핑과 혼동해서는 안 됩니다.

• 섀시 열기

• 방열판 또는 냉각판 제거

• 내부 광섬유 분리

• 내부 커넥터 또는 소켓 분리

• 도터보드 교체

• 보드 수준 재작업 수행

따라서 NPO는 CPO보다 분리가 더 쉽지만 XPO나 기존 전면 패널 모듈보다 접근이 어렵습니다.

CPO에 비해 패키징 및 냉각의 장점

NPO는 모든 광학 엔진을 호스트 패키지 내부에 직접 배치하는 것을 피합니다. 이를 통해 다음에 대한 압력을 줄일 수 있습니다.

• 패키지-기판 영역

• 패키지 수준 광학 부착

• 패키지 조립

• 결합된 패키지 수율

• 패키지 재작업

또한 ASIC 및 광학 엔진에 대해 별도의 열 경로를 설정할 수 있는 더 큰 자유를 제공할 수 있습니다.

• 공기 냉각

• 전도성 열 확산기

• 보드 장착 방열판

• 시스템 냉각판

• 섀시 수준 액체 냉각

NPO에는 여전히 정교한 제조가 필요합니다. 호스트 보드는 제한된 영역 내에서 짧은 고속 전기 링크, 광학 엔진, 내부 광섬유, 전력 공급, 열 구조 및 서비스 액세스를 통합해야 합니다.

NPO의 한계

NPO는 CPO만큼 공격적으로 전기 경로를 단축하지 않습니다. 따라서 패키지 수준 광학 엔진보다 더 강력한 균등화 또는 타이밍 조정이 필요할 수 있습니다.

• ASIC 패키지

• 호스트 PCB 추적

• 중간 커넥터

• 엔진 배치

• 전기선 요금

• 열 설계

• 내부 파이버 라우팅

NPO는 고정된 집계 대역폭으로 정의되어서는 안 됩니다. 용량은 전기 레인 수, 레인당 데이터 속도, 광학 파장 계획 및 엔진 파티셔닝에 따라 달라집니다.

중간 아키텍처로서의 NPO

• 전면 패널 전기 도달이 너무 어려워지고 있습니다.

• 완전한 CPO 통합은 허용되지 않습니다.

• 내부 엔진 정비 가능

• 보드 수준의 광학 통합이 가능합니다.

• 전면 패널 핫 교체가 필수는 아닙니다.

이는 NPO가 일시적이어야 한다는 의미는 아닙니다. 이는 시스템 설계자가 더 짧은 전기적 도달 거리와 부분적인 광학 엔진 독립성을 중시하는 모든 곳에서 여전히 유용할 수 있습니다.

XPO 아키텍처: 극한 밀도를 위한 플러그형 모델 재구축

XPO는 eXtra-dense Pluggable Optics의 약자입니다. 전면 패널 교체 경계를 유지하는 동시에 전기 레인 밀도를 높이고 모듈 수준에서 액체 냉각을 도입합니다.

공식XPO MSA지원하는 수냉식 플러그형 폼 팩터를 개발 중입니다.64개 고속 전기 레인. MSA는 관심 있는 참가자에게 차별 없이 열려 있습니다.

CPO 및 NPO와 달리 XPO는 ASIC 옆으로 광 변환을 이동하여 전기적 거리 문제를 기본적으로 해결하지 않습니다. 교체 가능한 전면 패널 모듈의 밀도와 냉각 기능을 높이는 데 중점을 둡니다.

XPO 수냉식 플러그형 모듈

전면 패널 플러그 가능성 및 모듈 수준 통합

XPO 모듈은 전면 패널에서 계속 액세스할 수 있습니다.

• 독립 모듈 교체

• 현장 서비스

• 별도의 스위치 및 광학 장치 수명 주기

• 모듈 수준 인벤토리

• 유연한 광학 도달 범위 선택

• 더욱 명확한 결함 격리

비용은 더 크고 복잡한 모듈 경계입니다. XPO는 많은 수의 전기 레인, 상당한 전력 공급, 조밀한 광학 연결, 모듈 관리, 액체 냉각 및 안정적인 삽입 및 배출 메커니즘을 수용해야 합니다.

64개의 전기 레인이 시스템 설계에 미치는 영향

XPO MSA는 현재 64레인 전기 인터페이스를 식별합니다. 총 광 용량은 최종 레인당 신호 속도, 변조 방법, 인코딩, 타이밍 조정 아키텍처 및 광 구현에 따라 달라집니다.

• 전기 커넥터 밀도

• 호스트 PCB 탈출 라우팅

• 모듈 전원 공급

• 열부하

• 모듈 제어 및 진단

• 광 송신기 및 수신기 수

• 섬유 또는 파장 매핑

전체 MSA 사양이 게시될 때까지 정확한 모듈 대역폭, 전력 제한, 커넥터 할당 및 기계적 크기는 범용 XPO 사양이 아닌 구현에 따른 것으로 처리되어야 합니다.

통합 액체 냉각

XPO는 플러그형 모듈 아키텍처 내부에 액체 냉각 장치를 배치합니다.

이는 기존 공냉식 모듈과의 근본적인 변화입니다. 냉각 시스템은 다음과 함께 작동해야 합니다.

• 전기 접점

• 광학 인터페이스

• 모듈 보유

• 관리 연결

• 삽입 및 제거 절차

• 서비스 접속

액체 냉각에는 다음을 포함한 추가 엔지니어링 요구 사항이 발생합니다.

• 안정적인 유체 연결

• 누출 방지 및 감지

• 블라인드 메이트 정렬

• 절삭유 호환성

• 압력 강하 제어

• 모듈 삽입력

• 유지보수 절차

냉각 인터페이스는 스위치 섀시의 일부가 아닌 모듈 서비스 모델의 일부가 됩니다.

XPO는 외부 레이저 플러그 가능을 의미하지 않습니다.

XPO의 공식 확장은 다음과 같습니다.초고밀도 플러그형 광학 장치.

외부 레이저는 특정 광학 구현에 사용될 수 있지만 이것이 XPO의 특징은 아닙니다.

주로 CPO에 사용되는 교체형 외부 레이저에 대한 올바른 표준화 용어는 다음과 같습니다.ELSFP또는 외부 레이저 소형 폼 팩터 플러그 가능.

서비스 용이성 이점 및 추가된 복잡성

XPO는 세 가지 아키텍처 중에서 가장 명확한 현장 교체 모델을 제공합니다.

스위치 ASIC을 교체하거나 내부 광학 엔진에 액세스하지 않고도 오류가 발생한 모듈을 전면 패널에서 제거할 수 있습니다.

그러나 수냉식 플러그 가능성은 기존 모듈 교체보다 기계적으로 더 까다롭습니다. 완성된 설계를 연결하고 연결 해제해야 할 수도 있습니다.

• 고속 전기 레인

• 전원 접점

• 경영신호

• 광섬유

• 액체 냉각 포트

• 기계적 유지 기능

모든 인터페이스는 반복적인 삽입 및 제거 주기에도 안정적인 상태를 유지해야 합니다.

CPO vs NPO vs XPO: 병렬 엔지니어링 비교

통합 위치 및 전기적 거리

CPO는 패키지 수준 환경 내부에 광 변환을 배치하여 최단 전기 경로를 제공합니다.

NPO는 패키지와 인근 보드 장착 엔진 사이의 더 긴 경로를 허용합니다.

XPO는 ASIC과 전면 패널 모듈 사이의 전기적 연결을 유지합니다.

실제 거리는 구현에 따라 다르므로 아키텍처 이름을 일반적인 물리적 길이 사양으로 변환하면 안 됩니다.

전력, 냉각 및 신호 무결성 절충

CPO는 전기 인터페이스 전력을 줄이는 가장 강력한 잠재력을 제공하지만 ASIC 패키지 주변에 가장 높은 열 집중을 생성합니다.

NPO는 ASIC과 광학 엔진 간의 분리를 강화하는 동시에 PCB 도달 거리를 줄입니다.

XPO는 모듈 교체를 유지하지만 전면 패널 폼 팩터 내부에 상당한 기능과 열을 집중시킵니다.

서비스 가능성 및 장애 경계

교체 경계는 크게 다릅니다.

• CPO:패키지 어셈블리 또는 내부 광학 엔진

• NPO:내부 엔진, 소켓 또는 도터보드

• 엑스포:전면 패널 모듈

엔지니어는 구성 요소가 기술적으로 교체 가능한지 여부뿐만 아니라 수리가 이루어지는 위치, 필요한 도구, 서비스를 중단해야 하는 시스템의 양을 평가해야 합니다.

포장 복잡성 및 제조 소유권

• 반도체 패키징

• 실리콘 포토닉스

• 패키지 기판

• 광학 부착

• 패키지 수준 열 설계

• 호스트 보드 설계

• 짧은 전기 인터페이스

• 내부 광학 엔진 부착

• 파이버 라우팅

• 보드 수준 냉각

• 고밀도 모듈 패키징

• 액체 냉각 통합

• 고전류 전력 공급

• 밀도가 높은 전기 및 광학 인터페이스

• 전면 패널 역학

제조 생태계가 어떻게 변화하는가

CPO: 고급 패키징 및 실리콘 포토닉스

CPO에는 ASIC 설계, 광자 통합, 기판 설계, 전기 패키징, 광학 부착, 열 관리 및 테스트 간의 긴밀한 조정이 필요합니다.

여러 수익 도메인을 함께 관리해야 합니다. 완성된 어셈블리에는 고가치 스위치 ASIC, 여러 광학 엔진, 광자 집적 회로, 드라이버, 수신기, 광섬유 커플러 및 냉각 구조가 포함될 수 있습니다.

정상 작동이 확인된 다이 테스트, 소켓형 엔진, 외부 레이저, 이중화 및 패키지 수준 진단을 통해 위험을 줄일 수 있지만 비용과 복잡성도 추가됩니다.

NPO: 보드 통합 및 내부 광학 정렬

NPO는 광학 엔진을 스위치 내부로 이동시키면서 패키지 외부에 유지합니다.

제조 우선순위에는 짧은 PCB 채널, 저손실 전기 전환, 내부 엔진 커넥터, 파이버 라우팅, 보드 수준 냉각, 광학 정렬, 서비스 액세스 및 엔진 테스트 가능성이 포함됩니다.

NPO는 일부 패키지 수준 제약을 줄이면서도 보다 전문화된 시스템 보드를 만듭니다.

XPO: 모듈 통합 및 액체 냉각

XPO는 광학 모듈을 별도의 제품으로 유지하지만 필요한 기능은 기존 플러그형 이상으로 확장됩니다.

모듈은 레인 수가 많은 전기 인터페이스, 상당한 전력 공급, 액체 냉각, 고밀도 광 연결, 모듈 관리 및 기계적 서비스 가능성을 결합해야 합니다.

핵심 과제는 교체 가능한 모듈 경계를 유지하면서 훨씬 더 많은 전기, 광학 및 열 기능을 해당 경계에 통합하는 것입니다.

MPO, 파이버 어레이 및 칩 수준 광 커플링에 대한 의미

CPO, NPO 및 XPO는 광섬유 연결의 필요성을 제거하지 않습니다. 연결이 발생하는 위치와 필요한 밀도, 정밀도 및 기계적 특성이 변경됩니다.

CPO, NPO 및 XPO가 광섬유 연결을 변경하는 방법

XPO 및 고밀도 다중 광섬유 연결

64레인 플러그형 전기 인터페이스는 조직화된 고밀도 광 라우팅에 대한 강력한 필요성을 불러일으킵니다.

• 파장 다중화

• 이중 아키텍처

• 광 변조

• 도달하다

• 차선 매핑

• 커넥터 설계

관련 커넥터 및 케이블 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 커넥터 설치 공간

• 섬유 극성

• 삽입 및 반사 손실

• 청소 액세스

• 케이블 출구 방향

• 냉각 구조 주변의 라우팅

• 교체 중 기계적 변형

• 커넥터 고정

MPO 유형 인터페이스는 표준화된 다중 광섬유 연결에 매우 적합하지만 최종 커넥터 구성은 완성된 XPO 사양 및 광학 구현을 따라야 합니다.

액체 냉각 모듈 주변의 열적 및 기계적 요구 사항

수냉식 모듈 근처의 섬유 어셈블리는 유체 포트, 냉각판, 전원 접점, 고속 전기 커넥터, 이젝터 메커니즘 및 전면 패널 고정 구조와 공존해야 합니다.

• 굽힘 반경 관리

• 케이블 라우팅

• 커넥터 접근성

• 서비스 루프

• 스트레인 릴리프

• 열팽창

• 기계적 정리

최종 모듈 및 시스템 사양이 제공되기 전에는 범용 온도 등급이나 재킷 재료 요구 사항을 가정해서는 안 됩니다.

CPO 및 NPO는 스위치 내부에서 광 연결을 전환합니다.

광학 엔진이 ASIC에 더 가까이 이동하면 이전에 전면 패널 트랜시버 내부에 포함되었던 광학 연결의 일부가 내부 광학 상호 연결이 됩니다.

• 내부 파이버 하니스

• 소형 다중 광섬유 커넥터

• 파이버 어레이 장치

• 로우 프로파일 라우팅 구조

• 광학 엔진 땋은 머리

• 칩 레벨 커플링 어셈블리

CPO에는 기존 전면 패널 커넥터보다 더 작거나 더 많은 패키지 호환 광학 인터페이스가 필요할 수 있습니다. 선호하는 인터페이스는 사용 가능한 공간, 광섬유 수, 손실 예산, 서비스 가능성 및 조립 프로세스에 따라 다릅니다.

파이버 어레이, V-홈 및 마이크로렌즈

에이섬유 배열여러 개의 광섬유를 제어된 피치에 배치하여 광자 집적 회로에 연결할 수 있습니다.

에이V 홈구조는 섬유를 기계적으로 위치시키고 상대적 정렬을 유지하는 데 도움이 됩니다.

에이마이크로렌즈 배열광섬유와 광자 칩 사이에서 광학 빔을 집중시키거나 시준하거나 모양을 변경할 수 있습니다.

• 엣지 커플링

• 그레이팅 커플링

• 확장된 빔 인터페이스

• 이동식 광 연결

• 영구적으로 부착된 파이버 어레이 장치

필요한 정렬 공차 및 결합 성능은 광학 모드, 도파관 구조, 렌즈 형상, 부착 재료 및 작동 온도에 따라 달라집니다.

실리콘 포토닉스 칩에 파이버 어레이, V-홈 및 마이크로렌즈 커플링

CPO, NPO 및 XPO 중에서 선택하는 방법

모든 스위치에 최적인 단일 아키텍처는 없습니다.

전기 성능 및 전력 예산에 따라 선택

CPO는 전기 도달 범위를 최소화하고 인터페이스 전력이 주요 요구 사항인 경우 가장 강력한 후보입니다.

NPO는 전기 경로를 단축해야 하지만 패키지 수준 통합이 허용되지 않는 경우에 적합합니다.

XPO는 전면 패널 서비스 용이성과 플러그형 밀도 증가가 최소 전기 거리보다 우선시되는 경우에 적합합니다.

서비스 가능성에 따라 선택

XPO는 독립적인 광학 재고와 신속한 현장 서비스가 필요한 운영자에게 가장 직접적인 교체 모델을 제공합니다.

NPO는 예정된 섀시 유지 관리 중에 내부 엔진 교체를 수행할 수 있는 경우에 적합할 수 있습니다.

CPO에는 패키지 수리, 엔진 이중화, 레이저 배치 및 교체 비용에 대한 세심한 분석이 필요합니다.

냉각 준비 상태에 따라 선택

CPO에는 ASIC 패키지 주변에 집중된 광학 및 전기 부품에서 열을 제거하는 기능이 필요합니다.

NPO는 내부 보드 장착 광학 엔진을 위한 효과적인 열 경로가 필요합니다.

XPO는 모듈 경계에 액체 냉각 인프라와 안정적인 유체 인터페이스가 필요합니다.

제조능력에 따라 선택

CPO는 고급 반도체 및 광자 패키징에 크게 의존합니다.

NPO는 특수 보드 설계, 내부 광학 엔진 통합 및 광섬유 정렬에 따라 달라집니다.

XPO는 수냉식 모듈 설계, 조밀한 전기 연결, 고전력 전달 및 다중 광섬유 인터페이스에 의존합니다.

엔지니어링 결정 체크리스트

아키텍처를 선택하기 전에 다음을 확인하세요.

• 필요한 ASIC-광학 전기 도달 거리

• 최대 채널 손실

• 총 시스템 전력 예산

• 냉각 아키텍처

• 광학엔진 교체 전략

• 허용되는 실패 영역

• 패키지 및 보드 제조능력

• 내부 광섬유 라우팅 공간

• 커넥터 밀도

• 광학 정렬 요구 사항

• 테스트 및 재작업 전략

• 예상되는 스위치 및 광학 장치 업그레이드 주기

CPO, NPO, XPO에 대한 일반적인 오해

세 가지 대역폭 수준이 아닙니다.

CPO, NPO 및 XPO는 배치 및 통합 아키텍처를 설명합니다.

총 대역폭은 레인 수, 레인당 데이터 속도, 파장 아키텍처, 변조 형식 및 시스템 생성에 따라 달라집니다.

광학 장치를 더 가까이 이동한다고 해서 모든 문제가 해결되는 것은 아닙니다.

전기 도달 범위가 짧을수록 채널 손실과 신호 조절 전력이 줄어들 수 있지만 패키지 복잡성, 열 집중, 수율 결합 및 유지 관리 비용이 증가할 수 있습니다.

가장 짧은 전기 경로가 자동으로 위험도가 가장 낮은 시스템은 아닙니다.

NPO는 자동으로 핫스왑이 불가능합니다.

NPO는 광학 엔진을 ASIC 패키지에서 분리하지만 엔진은 일반적으로 섀시 내부에 남아 있습니다.

독립적 교체를 전면 패널 핫 스와핑과 혼동해서는 안 됩니다.

CPO는 광 장애 후 항상 ASIC 교체를 요구하지는 않습니다.

고장 경계는 광학 엔진이 납땜되었는지, 소켓에 연결되었는지, 중복되어 있는지 또는 독립적으로 수리 가능한지 여부에 따라 달라집니다.

CPO는 전면 패널 광학 장치보다 현장 서비스 가능성이 낮지만 정확한 수리 모델은 구현에 따라 다릅니다.

XPO는 외부 레이저 플러그 가능을 의미하지 않습니다.

XPO는 다음을 의미합니다.초고밀도 플러그형 광학 장치.

ELSFP는외부 레이저 소형 폼 팩터 플러그형공동 패키지 광학 시스템과 함께 주로 사용되는 소스입니다.

CPO, NPO 및 플러그형 광학이 공존할 것인가?

세 가지 아키텍처는 서로 다른 문제 조합을 해결하므로 기술적으로 공존이 가능합니다.

CPO는 가장 짧은 전기 경로와 가장 높은 패키지 통합 수준을 제공합니다.

NPO는 ASIC과 광학 엔진 간의 분리를 더욱 크게 유지하면서 PCB 도달 범위를 줄입니다.

XPO는 현장 교체 가능한 전면 패널 모듈을 유지하면서 전기 레인 밀도와 냉각 기능을 높입니다.

이들의 채택은 대역폭 이상의 것에 달려 있습니다. 중요한 변수는 다음과 같습니다.

• 인터페이스 전원

• 총 시스템 전력

• 냉각 인프라

• 포장 수율

• 광학 엔진 신뢰성

• 현장 유지 관리 요구 사항

• 내부 섬유 밀도

• 커넥터 기술

• 제조원가

• 배포 규모

CPO는 미리 결정된 보편적인 평가변수로 취급되어서는 안 됩니다. NPO는 근접성과 내부 서비스 가능성이 모두 중요한 경우 여전히 유용할 수 있습니다. XPO는 액체 냉각이 가능하고 운영자가 플러그형 유지 관리 모델을 유지하려는 경우 매력적일 수 있습니다.

예상되는 결과는 다양한 스위치 설계, 네트워크 계층, 냉각 시스템 및 운영 우선순위에 맞는 광범위한 광 아키텍처 세트입니다.

자주 묻는 질문

CPO, NPO 및 XPO의 주요 차이점은 무엇입니까?

주요 차이점은 광학 엔진 위치입니다. CPO는 엔진을 ASIC 패키지 수준 환경 내에 배치하고, NPO는 이를 ASIC 근처의 시스템 PCB에 배치하며, XPO는 엔진을 전면 패널 수냉식 플러그형 모듈에 유지합니다.

CPO가 전면 패널 플러그형 광학 장치에 비해 전력을 줄일 수 있는 이유는 무엇입니까?

CPO는 ASIC과 광변환점 사이의 전기적 연결을 단축시킨다. 이를 통해 균등화, 타이밍 조정, 구동 전력 및 신호 처리 부담을 줄일 수 있습니다. 전체 시스템 이점은 전기 인터페이스와 비교 기준선에 따라 달라집니다.

CPO 광학 엔진을 독립적으로 교체할 수 있나요?

패키지 디자인에 따라 다릅니다. 소켓형 엔진은 제조 재작업이나 특수 교체를 허용할 수 있는 반면, 납땜된 엔진은 서비스하기가 더 어렵습니다. 둘 다 일반적으로 전면 패널 모듈과 동일한 접근성을 제공하지 않습니다.

NPO는 핫스왑이 가능합니까?

반드시 그런 것은 아닙니다. NPO 엔진은 스위치 내부에 남아 있으며 섀시 액세스, 냉각 구성 요소 제거, 내부 파이버 분리 또는 보드 수준 서비스가 필요할 수 있습니다.

XPO는 무슨 뜻인가요?

XPO는 다음을 의미합니다.초고밀도 플러그형 광학 장치. XPO MSA는 64개의 고속 전기 레인을 지원하는 수냉식 플러그형 폼 팩터를 개발하고 있습니다.

이러한 아키텍처는 MPO 커넥터와 파이버 어레이에 어떤 영향을 미치나요?

XPO는 밀도가 높은 전면 패널 다중 광섬유 연결에 대한 지속적인 수요를 지원합니다. CPO와 NPO는 스위치 내부로 더 많은 광학 라우팅을 이동하여 컴팩트 파이버 어레이, 내부 하네스, V 홈 정렬, 마이크로렌즈 및 패키지 호환 광학 인터페이스의 중요성을 높입니다.