Entwicklung und Fortschritt der CPO-Optoelektronik-Co-Packaging-Technologie – Teil zwei

Entwicklung und Fortschritt von CPOoptoelektronischCo-Packaging-Technologie

Optoelektronisches Co-Packaging ist keine neue Technologie, seine Entwicklung lässt sich bis in die 1960er Jahre zurückverfolgen, aber zu diesem Zeitpunkt ist photoelektrisches Co-Packaging nur ein einfaches Paket vonoptoelektronische Gerätezusammen. In den 1990er Jahren, mit dem Aufstieg deroptisches KommunikationsmodulIn der Branche begann sich das photoelektrische Co-Packaging zu etablieren. Mit dem rasanten Anstieg der Rechenleistung und der hohen Bandbreitennachfrage in diesem Jahr hat das photoelektrische Co-Packaging und die damit verbundene Zweigtechnologie erneut große Aufmerksamkeit erhalten.
Bei der Entwicklung der Technologie weist jede Phase auch unterschiedliche Formen auf, von 2,5D CPO entsprechend einer Nachfrage von 20/50 Tb/s über 2,5D Chiplet CPO entsprechend einer Nachfrage von 50/100 Tb/s bis hin zur schließlichen Realisierung von 3D CPO entsprechend einer Rate von 100 Tb/s.

Das 2.5D CPO-Paket umfasst dieoptisches Modulund der Netzwerk-Switch-Chip auf demselben Substrat, um die Leitungsdistanz zu verkürzen und die E/A-Dichte zu erhöhen. Der 3D-CPO verbindet den optischen IC direkt mit der Zwischenschicht, um eine Verbindung mit einem E/A-Raster von weniger als 50 µm zu erreichen. Das Ziel dieser Entwicklung ist ganz klar: die Distanz zwischen dem fotoelektrischen Konvertierungsmodul und dem Netzwerk-Switch-Chip so weit wie möglich zu reduzieren.
Derzeit steckt CPO noch in den Kinderschuhen. Es bestehen noch Probleme wie geringe Ausbeute und hohe Wartungskosten. Zudem können nur wenige Hersteller auf dem Markt CPO-bezogene Produkte in vollem Umfang anbieten. Nur Broadcom, Marvell, Intel und eine Handvoll anderer Akteure verfügen über vollständig proprietäre Lösungen auf dem Markt.
Marvell hat im vergangenen Jahr einen 2,5D-CPO-Technologie-Switch mit VIA-LAST-Verfahren vorgestellt. Nach der Verarbeitung des Silizium-Optikchips wird der TSV mit der OSAT-Verarbeitungskapazität verarbeitet, und anschließend wird der Flip-Chip des elektrischen Chips auf den Silizium-Optikchip aufgesetzt. 16 optische Module und der Switch-Chip Marvell Teralynx7 sind auf der Leiterplatte zu einem Switch verbunden, der eine Schaltrate von 12,8 Tbit/s erreichen kann.

Auf der diesjährigen OFC demonstrierten Broadcom und Marvell außerdem die neueste Generation von 51,2-Tbit/s-Switch-Chips mit optoelektronischer Co-Packaging-Technologie.
Aus den technischen Details der neuesten CPO-Generation von Broadcom geht hervor, dass das CPO-3D-Paket durch Prozessverbesserungen eine höhere E/A-Dichte erreicht, den CPO-Stromverbrauch auf 5,5 W/800 G erhöht und die Energieeffizienz sehr gut ist. Gleichzeitig erreicht Broadcom mit 200 Gbit/s und 102,4 T CPO einen Durchbruch.
Cisco hat seine Investitionen in die CPO-Technologie erhöht und auf der diesjährigen OFC eine CPO-Produktdemonstration durchgeführt, die die Ansammlung und Anwendung der CPO-Technologie auf einem stärker integrierten Multiplexer/Demultiplexer demonstrierte. Cisco kündigte an, CPO zunächst in 51,2-Tb-Switches zu pilotieren, gefolgt von einer großflächigen Einführung in 102,4-Tb-Switch-Zyklen.
Intel führt seit langem CPO-basierte Switches ein und hat in den letzten Jahren weiterhin mit Ayar Labs zusammengearbeitet, um gemeinsam verpackte Signalverbindungslösungen mit höherer Bandbreite zu erforschen und so den Weg für die Massenproduktion optoelektronischer Co-Packaging- und optischer Verbindungsgeräte zu ebnen.
Obwohl steckbare Module nach wie vor die erste Wahl sind, hat die durch CPO erzielte Verbesserung der Energieeffizienz immer mehr Hersteller überzeugt. Laut LightCounting werden die CPO-Lieferungen von 800G- und 1,6T-Ports deutlich ansteigen, ab 2024 bis 2025 schrittweise kommerziell verfügbar sein und ab 2026 bis 2027 ein großes Volumen erreichen. Gleichzeitig erwartet CIR, dass der Marktumsatz für photoelektrische Gesamtverpackungen im Jahr 2027 5,4 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Anfang des Jahres gab TSMC bekannt, dass es mit Broadcom, Nvidia und anderen Großkunden zusammenarbeiten werde, um gemeinsam Silizium-Photonik-Technologie, gemeinsame Verpackungsoptikkomponenten (CPO) und andere neue Produkte sowie Prozesstechnologien von 45 nm bis 7 nm zu entwickeln. Das Unternehmen sagte, dass die Erfüllung der Großaufträge am schnellsten in der zweiten Hälfte des nächsten Jahres beginnen werde und dass die Volumenproduktion etwa im Jahr 2025 erreicht werde.
Als interdisziplinäres Technologiefeld, das photonische Geräte, integrierte Schaltkreise, Packaging, Modellierung und Simulation umfasst, spiegelt die CPO-Technologie die Veränderungen der optoelektronischen Fusion wider. Die damit verbundenen Veränderungen in der Datenübertragung sind zweifellos revolutionär. Obwohl CPO-Anwendungen lange Zeit nur in großen Rechenzentren zu sehen sein dürften, hat sich die CPO-Photoelektronische-Co-Seal-Technologie mit dem weiteren Ausbau der Rechenleistung und der hohen Bandbreitenanforderungen zu einem neuen Marktfeld entwickelt.
Hersteller, die im Bereich CPO arbeiten, gehen allgemein davon aus, dass 2025 ein Schlüsselknoten mit einer Austauschrate von 102,4 Tbit/s sein wird und die Nachteile steckbarer Module weiter verstärkt werden. Obwohl CPO-Anwendungen nur langsam vorankommen, ist optoelektronisches Co-Packaging zweifellos die einzige Möglichkeit, Netzwerke mit hoher Geschwindigkeit, hoher Bandbreite und geringem Stromverbrauch zu realisieren.