Entwicklung und Fortschritt der CPO-optoelektronischen Co-Packaging-Technologie Teil zwei

Entwicklung und Fortschritt von CPOoptoelektronischCo-Packaging-Technologie

Die optoelektronische Co-Verpackung ist keine neue Technologie, ihre Entwicklung lässt sich bis in die 1960er Jahre zurückverfolgen, aber zu dieser Zeit ist die photoelektrische Co-Verpackung nur eine einfache Verpackung.optoelektronische Bauelementegemeinsam. In den 1990er Jahren, mit dem Aufstieg deroptisches KommunikationsmodulIn der Industrie etablierte sich die photoelektrische Co-Packaging-Technologie. Angesichts des explosionsartigen Anstiegs des Bedarfs an hoher Rechenleistung und Bandbreite in diesem Jahr hat die photoelektrische Co-Packaging-Technologie und ihre verwandten Zweigtechnologien erneut große Aufmerksamkeit erfahren.
Bei der Weiterentwicklung der Technologie gibt es auch für jede Stufe unterschiedliche Formen, 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 Realisierung von 3D CPO entsprechend einer Datenrate von 100 Tb/s.

Die 2.5D CPO-Paketeoptisches ModulDer Netzwerk-Switch-Chip befindet sich auf demselben Substrat, um die Leitungsdistanz zu verkürzen und die I/O-Dichte zu erhöhen. Die 3D-CPO verbindet den optischen IC direkt mit der Zwischenschicht und ermöglicht so eine I/O-Pitch-Verbindung von unter 50 µm. Das Ziel dieser Weiterentwicklung ist klar: die Distanz zwischen dem photoelektrischen Wandlungsmodul und dem Netzwerk-Switch-Chip so weit wie möglich zu reduzieren.
Aktuell steckt CPO noch in den Kinderschuhen und es bestehen weiterhin Probleme wie geringe Ausbeute und hohe Wartungskosten. Nur wenige Hersteller bieten umfassende CPO-Produkte an. Lediglich Broadcom, Marvell, Intel und einige wenige andere Unternehmen verfügen über vollständig proprietäre Lösungen auf dem Markt.
Marvell hat letztes Jahr einen Switch mit 2,5D-CPO-Technologie im VIA-LAST-Verfahren vorgestellt. Nach der Bearbeitung des optischen Siliziumchips erfolgt die TSV-Bearbeitung mit OSAT-Technologie. Anschließend wird der elektrische Chip per Flip-Chip-Verfahren auf den optischen Siliziumchip aufgesetzt. 16 optische Module und der Switching-Chip Marvell Teralynx7 sind auf der Leiterplatte zu einem Switch verbunden, der eine Schaltrate von 12,8 Tbit/s erreicht.

Auf der diesjährigen OFC demonstrierten Broadcom und Marvell außerdem die neueste Generation von 51,2-Tbps-Switch-Chips unter Verwendung optoelektronischer Co-Packaging-Technologie.
Die neuesten technischen Details der CPO-Generation von Broadcom zeigen, dass das 3D-Gehäuse durch Prozessverbesserungen eine höhere I/O-Dichte und einen Stromverbrauch von nur 5,5 W/800 Gbit/s erreicht – ein sehr gutes Energieeffizienzverhältnis. Gleichzeitig gelingt Broadcom der Durchbruch bei der Entwicklung von Single-Wave-CPOs mit 200 Gbit/s und 102,4 Tbit/s.
Cisco hat seine Investitionen in die CPO-Technologie erhöht und auf der diesjährigen OFC ein CPO-Produkt vorgestellt, das die Weiterentwicklung und Anwendung der CPO-Technologie in einem stärker integrierten Multiplexer/Demultiplexer demonstriert. Cisco kündigte an, CPO zunächst in 51,2-Tb-Switches als Pilotprojekt einzuführen, gefolgt von einer großflächigen Implementierung in 102,4-Tb-Switches.
Intel hat schon lange auf CPO basierende Schalter eingeführt und arbeitet seit einigen Jahren weiterhin mit Ayar Labs zusammen, um gemeinsam verpackte Signalverbindungslösungen mit höherer Bandbreite zu erforschen und so den Weg für die Massenproduktion von optoelektronischen Co-Packaging- und optischen Verbindungsbauelementen zu ebnen.
Obwohl steckbare Module nach wie vor die erste Wahl darstellen, hat die durch CPO erzielbare Verbesserung der Energieeffizienz immer mehr Hersteller überzeugt. Laut LightCounting werden die Auslieferungen von CPO-Modulen ab 800G- und 1,6T-Ports deutlich ansteigen, ab 2024/25 schrittweise kommerziell verfügbar sein und ab 2026/27 ein hohes Marktvolumen erreichen. Gleichzeitig prognostiziert CIR für den Markt für fotoelektrische Gesamtverpackungen einen Umsatz von 5,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2027.

Anfang dieses Jahres kündigte TSMC an, gemeinsam mit Broadcom, Nvidia und anderen Großkunden Siliziumphotonik-Technologie, optische Komponenten in Common Packaging (CPO) und andere neue Produkte zu entwickeln, die Prozesstechnologie von 45 nm auf 7 nm zu reduzieren und erklärte, dass die schnellste zweite Hälfte des nächsten Jahres damit beginnen werde, die Großaufträge zu erfüllen und etwa um 2025 die Serienproduktion zu erreichen.
Als interdisziplinäres Technologiefeld, das photonische Bauelemente, integrierte Schaltungen, Gehäusetechnik, Modellierung und Simulation umfasst, spiegelt die CPO-Technologie die Veränderungen durch optoelektronische Fusion wider, und die damit einhergehenden Neuerungen in der Datenübertragung sind zweifellos bahnbrechend. Obwohl die Anwendung von CPO wohl noch lange Zeit auf große Rechenzentren beschränkt sein wird, hat sich die CPO-Photoelektronen-Co-Seal-Technologie mit dem weiteren Anstieg des Bedarfs an Rechenleistung und Bandbreite zu einem neuen Einsatzgebiet entwickelt.
Es zeigt sich, dass Hersteller im Bereich CPO im Allgemeinen davon ausgehen, dass 2025 ein entscheidender Meilenstein sein wird – ein Meilenstein mit einer Datenrate von 102,4 Tbit/s –, an dem die Nachteile steckbarer Module noch deutlicher zutage treten werden. Auch wenn CPO-Anwendungen nur langsam voranschreiten, ist die optoelektronische Co-Packaging-Technologie zweifellos der einzige Weg, um Hochgeschwindigkeits-, Hochbandbreiten- und Niedrigenergienetzwerke zu realisieren.