CPO vs NPO vs XPO: Arsitektur, Daya, Pendingin, dan Pemeliharaan di Optik Pusat Data AI

Cluster AI memaksa bandwidth switch, jumlah jalur optik, kepadatan panel depan, dan daya sistem untuk diskalakan secara bersamaan. Ketika laju jalur listrik meningkat, koneksi antara saklar ASIC dan antarmuka optiknya menjadi semakin sulit untuk dirancang. Saluran PCB yang lebih panjang menimbulkan lebih banyak kerugian dan seringkali memerlukan pemerataan, pengaturan waktu, atau pemrosesan sinyal digital yang lebih kuat.

CPO, NPO, dan XPO mengatasi masalah ini melalui tiga strategi penempatan mesin optik yang berbeda:

• minyak sawit mentahmemindahkan konversi optik ke lingkungan tingkat paket ASIC sakelar.

• LSMmenempatkan mesin optik dekat dengan ASIC tetapi tetap menyimpannya di PCB host.

• XPOmempertahankan modul panel depan yang dapat dipasang sekaligus meningkatkan kepadatan jalur listrik dan memperkenalkan pendingin cair tingkat modul.

Tujuan bersama mereka adalah untuk mengurangi keterbatasan yang ditimbulkan oleh transmisi listrik berkecepatan tinggi. Namun, setiap arsitektur mendistribusikan daya, panas, risiko pengemasan, konektivitas serat, dan tanggung jawab pemeliharaan secara berbeda.

Apa Itu CPO, NPO, dan XPO?

CPO menempatkan mesin optik dalam lingkungan tingkat paket ASIC host, NPO memasangnya pada PCB sistem dekat dengan ASIC, dan XPO mempertahankan modul pluggable panel depan berdensitas tinggi. Pertukaran utama adalah antara jangkauan listrik, integrasi paket, desain termal, dan kemudahan servis di lapangan.

ItuKerangka OIF CEI-448Gmendefinisikan CPO sebagai perangkat listrik-ke-optik yang dipasang pada paket host. Ini mendefinisikan NPO sebagai perangkat yang dipasang pada PCB host yang berdekatan dengan silikon host untuk meminimalkan jejak PCB dan kebutuhan sinyal listrik.

Penempatan Mesin Optik CPO vs NPO vs XPO

Deskripsi seperti “CPO skala mikrometer”, “NPO skala sentimeter”, dan “pluggable skala desimeter” mungkin berguna sebagai ilustrasi konseptual, namun hal tersebut bukanlah batasan spesifikasi universal. Jarak fisik tergantung pada paket, papan, konektor, dan desain sasis.

Tujuan Bersama : Memperpendek Jalur Listrik

Pada saklar konvensional, ASIC terletak pada board sistem sementara transceiver optik dipasang di panel depan. Sinyal listrik berkecepatan tinggi harus melewati transisi paket, jejak PCB, vias, konektor, dan antarmuka listrik modul sebelum konversi optik terjadi.

Pada kecepatan data yang lebih tinggi, saluran ini menjadi lebih sulit untuk dikelola. Kerugian dielektrik, refleksi, crosstalk, dan diskontinuitas impedansi mengurangi margin sinyal. Sistem dapat memberikan kompensasi melalui pemerataan pemancar dan penerima yang lebih kuat, pemulihan jam, pengaturan waktu ulang, koreksi kesalahan penerusan, atau modul DSP waktu ulang.

Memindahkan mesin optik lebih dekat ke ASIC akan memperpendek bagian listrik dari sambungan. Lebih banyak jarak fisik kemudian dapat dijangkau secara optik daripada melalui jejak PCB berkecepatan tinggi.

Tiga Model Penempatan Mesin Optik

• minyak sawit mentah:konversi optik terjadi di dalam rakitan tingkat paket.

• NPO:konversi optik terjadi pada PCB host di dekat paket.

• XPO:konversi optik tetap berada di dalam modul panel depan yang dapat diganti.

Keputusan penempatan ini mempengaruhi kehilangan listrik pada sistem, distribusi daya, struktur pendingin, perutean serat, proses manufaktur, dan strategi perbaikan.

Mengapa Jangkauan Listrik Penting dalam Sakelar Kecepatan Tinggi

Bagaimana Jalur Listrik yang Lebih Pendek Mengurangi Beban Pengkondisian Sinyal

Hubungan listrik antara ASIC dan mesin optik menghabiskan sebagian dari integritas sinyal, daya, dan anggaran termal sistem.

Ketika tarif jalur meningkat, transmisi PCB menjadi semakin sensitif terhadap:

• Panjang jejak

• Perutean pelarian paket

• Kerugian dielektrik papan

• Transisi vias dan konektor

• pembicaraan silang

• Kembalikan kerugian

• Kemampuan pemerataan

Saluran yang lebih panjang umumnya memerlukan kompensasi yang lebih besar. Kompensasi tersebut menghabiskan daya dan menghasilkan panas, seringkali di area yang aliran udara dan ruang panelnya terbatas.

Kehilangan Saluran PCB, Pemerataan, dan Daya

Modul optik konvensional mungkin berisi DSP yang memulihkan dan mengatur ulang sinyal listrik sebelum transmisi optik. Hal ini menciptakan batasan modul yang kuat, namun juga menambah daya di dalam transceiver.

Jalur listrik yang lebih pendek dapat mendukung pengaturan antarmuka lainnya:

• Optik linier, di mana lebih banyak pengkondisian sinyal tetap berada di ASIC host

• Optik setengah waktu, di mana hanya sebagian antarmuka yang diatur waktunya

• Optik yang sepenuhnya diatur waktunya, di mana modul menyediakan batas waktu yang lengkap

Desain yang disukai bergantung pada kemampuan host SerDes, kehilangan saluran, persyaratan interoperabilitas, jangkauan optik, batas termal, dan risiko implementasi yang dapat diterima.

Oleh karena itu, pertanyaan teknik yang relevan bukan sekadar apakah ada DSP. Dia:

Di mana letak fungsi pemerataan, pengaturan waktu ulang, pemulihan jam, dan FEC, dan saluran listrik apa yang harus dikompensasi?

Mengapa Sambungan Listrik yang Lebih Pendek Tidak Secara Otomatis Menciptakan Sistem yang Lebih Baik

Mengurangi jangkauan listrik akan memperbaiki satu bagian desain namun dapat mempersulit bagian lainnya.

• Pusatkan panas tambahan di sekitar sumber panas terbesar sistem

• Meningkatkan ukuran paket dan kompleksitas media

• Membuat mesin optik lebih sulit diganti

• Pasangkan hasil mesin optik dengan hasil paket

• Meningkatkan kepadatan serat internal

• Membutuhkan penyelarasan serat-ke-chip yang lebih tepat

• Pengujian tingkat paket yang rumit

Oleh karena itu, CPO, NPO, dan XPO merupakan cara yang berbeda dalam mendistribusikan kendala teknis dibandingkan menghilangkannya.

Arsitektur CPO: Mesin Optik di Dalam Paket ASIC

Optik yang Dikemas Bersamamenempatkan mesin optik dalam lingkungan tingkat paket sakelar ASIC. Alih-alih mengarahkan setiap jalur listrik berkecepatan tinggi ke panel depan, sistem ini melakukan konversi optik dekat dengan ASIC dan membawa sinyal menuju panel melalui serat.

Ini adalah arsitektur yang paling agresif dari ketiga arsitektur dalam mengurangi jangkauan listrik.

Integrasi Fisik dengan Kemasan 2.5D dan 3D

CPO sering dikaitkan dengan kemasan 2.5D dan 3D, namun istilah ini tidak dapat dipertukarkan dengan CPO.

• Sebuah saklar ASIC

• Beberapa mesin optik

• Perangkat silikon-fotonik

• Driver dan penerima listrik

• Kemas media atau interposer

• Struktur perlekatan serat

• Penyebar termal atau pelat dingin

Mesin optik tidak harus dibuat pada cetakan semikonduktor yang sama dengan ASIC. Chiplet elektronik dan fotonik yang terpisah dapat diintegrasikan dalam rakitan tingkat paket yang sama.

ItuKerangka Pengemasan Bersama OIFmenjelaskan rakitan yang dikemas bersama yang berisi ASIC yang disoket atau disolder dan mesin optik atau listrik pada substrat berkinerja tinggi. Hal ini juga membahas pengaturan dekat paket yang dimaksudkan untuk meningkatkan fleksibilitas perakitan dan pengerjaan ulang.

Bandwidth CPO Khusus untuk Implementasi

CPO adalah arsitektur integrasi dan bukan kelas bandwidth tetap.

ItuPerjanjian Implementasi Modul Paket Bersama OIF 3.2 Tb/smendefinisikan blok penyusun 3,2 Tb/s untuk rakitan sakelar 51,2 Tb/s. Varian optiknya mencakup konfigurasi serat paralel dan multipleks panjang gelombang, sementara konsep mekanis yang sama juga dapat mendukung modul sambungan tembaga pasif.

Modul 3.2T ini merupakan salah satu implementasi standar. Hal ini tidak berarti bahwa setiap mesin CPO harus beroperasi pada 3,2 Tbps atau CPO secara permanen dibatasi pada satu rentang bandwidth.

• Hitungan jalur listrik

• Kecepatan data per jalur

• Hitungan panjang gelombang optik

• Format modulasi

• Partisi mesin

• Jumlah serat

• Topologi paket

Manfaat Daya dan Latensi

Keuntungan utama daya CPO berasal dari memperpendek sambungan listrik berkecepatan tinggi antara ASIC dan mesin optik.

• Penggerak kelistrikan dengan ayunan tinggi

• Kuat menerima pemerataan

• Pengatur waktu menengah

• Pemrosesan DSP modul penuh

• Tahapan FEC tambahan

Manfaat totalnya bergantung pada arsitektur dasar. Daya yang dihemat di antarmuka ASIC-ke-optik tidak secara otomatis disajikan sebagai persentase yang sama dari total daya sakelar.

• Saklar ASIC

• Modulator dan penerima optik

• Sumber laser

• Konversi tegangan

• Pompa pendingin dan kipas angin

• Elektronik manajemen

• Perangkat keras bidang kendali

CPO juga dapat mengurangi latensi antarmuka ketika menghilangkan atau menyederhanakan tahapan pengaturan waktu dan pemrosesan sinyal. Tidak ada angka latensi CPO yang universal karena hasilnya bergantung pada apakah pengukuran mencakup antarmuka listrik, mesin optik, FEC, tautan optik lengkap, pipa sakelar, atau jaringan ujung ke ujung.

Batasan Kemudahan Servis, Hasil, dan Kegagalan

Modul tradisional yang dapat dicolokkan menciptakan batasan pemeliharaan yang jelas. Modul yang rusak dapat dilepas dari panel depan tanpa mengganti sakelar ASIC.

CPO mengubah batasan tersebut.

Mesin optik yang disolder mungkin sulit diganti setelah perakitan paket. Kegagalan dalam paket yang terintegrasi erat dapat memperbesar domain pengganti dan meningkatkan biaya perbaikan.

Ini tidak berarti setiap kegagalan optik mengharuskan ASIC dibuang. Kemudahan servis bergantung pada apakah desain menggunakan:

• Mesin optik yang disolder

• Mesin optik yang disoket

• Laser eksternal yang dapat diganti

• Redundansi saluran

• Redundansi mesin

• Pengerjaan ulang tingkat paket

• Perbaikan depot dibandingkan perbaikan lapangan

Mesin yang dipasangi soket dapat meningkatkan pengerjaan ulang produksi, namun mesin tersebut tetap kurang dapat diakses dibandingkan transceiver panel depan. Oleh karena itu, desainnya harus mempertimbangkan hasil produksi awal dan keandalan dalam layanan jangka panjang.

Arsitektur Paket CPO dengan Sumber Laser Eksternal

Sumber Laser Eksternal sebagai Kompromi Termal dan Pemeliharaan

Laser adalah komponen yang sensitif terhadap suhu. Menempatkannya di sebelah ASIC berdaya tinggi dapat mempersulit desain termal dan mengurangi margin keandalan yang tersedia.

Arsitektur laser eksternal memisahkan sumber laser gelombang kontinu dari mesin optik. Daya optik disalurkan melalui serat ke modulator di dalam rakitan yang dikemas bersama, sementara laser tetap berada di lokasi yang lebih sejuk dan lebih mudah diakses.

ItuPerjanjian Implementasi OIF ELSFPmendefinisikanFaktor Bentuk Kecil Laser Eksternal Dapat Dicolokkansebagai sumber cahaya gelombang kontinu yang dapat diganti di lapangan untuk transceiver optik yang dikemas bersama dalam suatu sistem. Ia menggunakan koneksi elektro-optik blind-mate dan ditujukan terutama untuk aplikasi CPO.

• Pemisahan lingkungan termal laser dari paket ASIC

• Penggantian independen dari sumber cahaya yang gagal

• Pendinginan laser yang disederhanakan

• Manajemen daya optik terpusat

• Potensi penggunaan kembali atau peningkatan modul laser

Hal ini juga menciptakan persyaratan untuk distribusi daya optik, kebersihan konektor, interlock keselamatan, redundansi, dan pemantauan.

ELSFP bukanlah nama lain dari XPO. ELSFP memasok daya optik eksternal ke mesin yang dikemas bersama, sementara XPO menentukan arsitektur optik pluggable yang berbeda.

Arsitektur NPO: Mesin Optik Dekat ASIC tetapi Di Luar Paket

Optik Dekat-Paketmenempatkan mesin optik pada PCB host dekat dengan sakelar ASIC tetapi di luar paket ASIC.

NPO memperpendek jangkauan listrik sekaligus menjaga pemisahan fisik yang lebih besar antara mesin optik dan paket host.

Arsitektur Mesin Optik Tingkat Dewan NPO

Penempatan Tingkat Dewan dan Jangkauan Listrik Menengah

• Selain ASIC

• Di sekeliling struktur pendingin ASIC

• Di papan putri terdekat

• Dalam rakitan dengan konektor internal

• Dalam soket tingkat papan

Penempatan dan metode pemasangan yang tepat bergantung pada implementasi.

Dibandingkan dengan optik panel depan, NPO mengurangi jangkauan PCB. Dibandingkan dengan CPO, sinyal listrik masih melintasi batas paket ASIC dan melintasi bagian host PCB.

Oleh karena itu NPO mempertahankan beberapa kendala saluran listrik sambil menghindari beberapa risiko integrasi tingkat paket.

Pemisahan dan Perbaikan Optik-Listrik

Karena mesin optik tetap berada di luar paket ASIC, NPO dapat memberikan domain kegagalan yang lebih kecil dibandingkan perakitan CPO yang terintegrasi erat.

Mesin optik yang rusak dapat diganti tanpa mengganti saklar ASIC. Namun, hal ini tidak sama dengan hot swapping panel depan.

• Membuka sasis

• Melepaskan unit pendingin atau pelat dingin

• Memutuskan sambungan serat internal

• Melepaskan konektor atau soket internal

• Mengganti papan anak

• Melakukan pengerjaan ulang tingkat dewan

Oleh karena itu, NPO lebih mudah dipisahkan dibandingkan CPO namun kurang dapat diakses dibandingkan XPO atau modul panel depan konvensional.

Keunggulan Pengemasan dan Pendinginan dibandingkan CPO

NPO menghindari menempatkan setiap mesin optik langsung di dalam paket host. Hal ini dapat mengurangi tekanan pada:

• Area paket-substrat

• Lampiran optik tingkat paket

• Perakitan paket

• Hasil paket berpasangan

• Pengerjaan ulang paket

Hal ini juga dapat memberikan kebebasan yang lebih besar untuk menetapkan jalur termal terpisah untuk ASIC dan mesin optik.

• Pendinginan udara

• Penyebar panas konduktif

• Unit pendingin yang dipasang di papan

• Sistem pelat dingin

• Pendinginan cairan setingkat sasis

NPO masih membutuhkan manufaktur yang canggih. Papan induk harus mengintegrasikan sambungan listrik pendek berkecepatan tinggi, mesin optik, serat internal, penyaluran daya, struktur termal, dan akses layanan dalam area terbatas.

Batasan NPO

NPO tidak memperpendek jalur listrik seagresif CPO. Oleh karena itu mungkin memerlukan pemerataan atau pengaturan waktu yang lebih kuat daripada mesin optik tingkat paket.

• Paket ASIC

• Menghosting jejak PCB

• Konektor perantara

• Penempatan mesin

• Tarif jalur listrik

• Desain termal

• Perutean serat internal

NPO tidak boleh ditentukan oleh bandwidth agregat tetap. Kapasitasnya bergantung pada jumlah jalur listrik, kecepatan data per jalur, rencana panjang gelombang optik, dan partisi mesin.

NPO sebagai Arsitektur Menengah

• Jangkauan listrik pada panel depan menjadi terlalu sulit

• Integrasi CPO penuh tidak dapat diterima

• Servis mesin internal dapat dilakukan

• Integrasi optik tingkat papan tersedia

• Penggantian panas panel depan tidak penting

Bukan berarti NPO harus bersifat sementara. Hal ini dapat tetap berguna dimanapun perancang sistem menghargai jangkauan listrik yang lebih pendek dan kemandirian mesin optik parsial.

Arsitektur XPO: Membangun Kembali Model Pluggable untuk Kepadatan Ekstrim

XPO adalah singkatan dari eXtra-dense Pluggable Optics. Ini mempertahankan batas penggantian panel depan sekaligus meningkatkan kepadatan jalur listrik dan memperkenalkan pendingin cair pada tingkat modul.

Pejabat ituXPOMSAsedang mengembangkan faktor bentuk pluggable berpendingin cairan yang mendukung64 jalur listrik berkecepatan tinggi. MSA terbuka bagi peserta yang berminat dan tidak melakukan diskriminasi.

Berbeda dengan CPO dan NPO, XPO tidak menyelesaikan masalah jarak listrik dengan memindahkan konversi optik ke samping ASIC. Ini berfokus pada peningkatan kepadatan dan kemampuan pendinginan modul panel depan yang dapat diganti.

Modul Pluggable Berpendingin Cairan XPO

Pluggability Panel Depan dan Integrasi Tingkat Modul

Modul XPO tetap dapat diakses dari panel depan.

• Penggantian modul independen

• Pelayanan lapangan

• Pisahkan siklus hidup sakelar dan optik

• Inventaris tingkat modul

• Pemilihan jangkauan optik yang fleksibel

• Isolasi kesalahan yang lebih jelas

Biayanya adalah batasan modul yang lebih besar dan lebih kompleks. XPO harus mengakomodasi sejumlah besar jalur listrik, penyaluran daya yang besar, konektivitas optik yang padat, manajemen modul, pendingin cair, dan mekanisme penyisipan dan ejeksi yang andal.

Arti 64 Jalur Listrik untuk Desain Sistem

XPO MSA saat ini mengidentifikasi antarmuka listrik 64 jalur. Kapasitas optik agregat akan bergantung pada laju pensinyalan akhir per jalur, metode modulasi, pengkodean, arsitektur pengaturan waktu, dan implementasi optik.

• Kepadatan konektor listrik

• Perutean pelarian PCB host

• Pengiriman daya modul

• Beban termal

• Kontrol modul dan diagnostik

• Jumlah pemancar dan penerima optik

• Pemetaan serat atau panjang gelombang

Hingga spesifikasi lengkap MSA dipublikasikan, bandwidth modul, batas daya, penetapan konektor, dan dimensi mekanis yang tepat harus diperlakukan sebagai spesifikasi XPO yang bergantung pada implementasi dan bukan spesifikasi universal.

Pendinginan Cairan Terintegrasi

XPO menempatkan pendingin cair di dalam arsitektur modul pluggable.

Ini merupakan perubahan mendasar dari modul konvensional berpendingin udara. Sistem pendingin harus beroperasi bersama dengan:

• Kontak listrik

• Antarmuka optik

• Retensi modul

• Koneksi manajemen

• Prosedur penyisipan dan pelepasan

• Akses layanan

Pendinginan cair memperkenalkan persyaratan teknik tambahan, termasuk:

• Koneksi cairan yang andal

• Pencegahan dan deteksi kebocoran

• Penyelarasan teman buta

• Kompatibilitas cairan pendingin

• Kontrol penurunan tekanan

• Kekuatan penyisipan modul

• Prosedur pemeliharaan

Antarmuka pendinginan menjadi bagian dari model layanan modul dan bukan hanya bagian dari sasis sakelar.

XPO Tidak Berarti Laser Eksternal Dapat Dicolokkan

Perluasan resmi XPO adalahOptik Pluggable yang sangat padat.

Laser eksternal dapat digunakan dalam implementasi optik tertentu, namun ini bukan fitur penentu XPO.

Istilah standar yang benar untuk laser eksternal yang dapat diganti yang digunakan terutama dengan CPO adalahELSFP, atau Laser Eksternal Small Form-Factor Pluggable.

Manfaat Kemudahan Servis dan Kompleksitas Tambahan

XPO memberikan model penggantian lapangan yang paling jelas di antara ketiga arsitektur tersebut.

Modul yang gagal dapat dilepas dari panel depan tanpa mengganti sakelar ASIC atau mengakses mesin optik internal.

Namun, kemampuan pluggabilitas berpendingin cairan secara mekanis lebih menuntut dibandingkan penggantian modul konvensional. Desain yang sudah selesai mungkin perlu dihubungkan dan diputuskan:

• Jalur listrik berkecepatan tinggi

• Kontak daya

• Sinyal manajemen

• Serat optik

• Port pendingin cair

• Fitur retensi mekanis

Semua antarmuka harus tetap dapat diandalkan selama siklus penyisipan dan pelepasan yang berulang.

CPO vs NPO vs XPO: Perbandingan Teknik Berdampingan

Lokasi Integrasi dan Jarak Listrik

CPO menyediakan jalur listrik terpendek dengan menempatkan konversi optik di dalam lingkungan tingkat paket.

NPO memungkinkan jalur yang lebih panjang antara paket dan mesin yang dipasang di papan terdekat.

XPO mempertahankan sambungan listrik antara ASIC dan modul panel depan.

Jarak sebenarnya bervariasi menurut implementasi, sehingga nama arsitektur tidak boleh diubah menjadi spesifikasi panjang fisik universal.

Pertukaran Daya, Pendinginan, dan Integritas Sinyal

CPO menawarkan potensi terkuat untuk mengurangi daya antarmuka listrik, namun CPO menciptakan konsentrasi termal tertinggi di sekitar paket ASIC.

NPO menyediakan lebih banyak pemisahan antara ASIC dan mesin optik sambil tetap mengurangi jangkauan PCB.

XPO mempertahankan penggantian modul tetapi memusatkan fungsionalitas dan panas yang substansial di dalam faktor bentuk panel depan.

Batasan Kemudahan Servis dan Kegagalan

Batasan penggantian berbeda secara signifikan:

• minyak sawit mentah:perakitan paket atau mesin optik internal

• NPO:mesin internal, soket, atau papan anak

• XPO:modul panel depan

Insinyur harus mengevaluasi tidak hanya apakah suatu komponen secara teknis dapat diganti, tetapi juga di mana perbaikan dilakukan, peralatan apa yang diperlukan, dan berapa banyak bagian dari sistem yang harus dihentikan penggunaannya.

Kompleksitas Pengemasan dan Kepemilikan Manufaktur

• Kemasan semikonduktor

• Fotonik silikon

• Paket substrat

• Lampiran optik

• Desain termal tingkat paket

• Desain papan host

• Antarmuka listrik pendek

• Perlengkapan mesin optik internal

• Perutean serat

• Pendinginan tingkat papan

• Kemasan modul kepadatan tinggi

• Integrasi pendingin cair

• Pengiriman daya arus tinggi

• Antarmuka listrik dan optik yang padat

• Mekanika panel depan

Bagaimana Ekosistem Manufaktur Berubah

CPO: Pengemasan Tingkat Lanjut dan Fotonik Silikon

CPO memerlukan koordinasi yang erat antara desain ASIC, integrasi fotonik, desain substrat, pengemasan listrik, lampiran optik, manajemen termal, dan pengujian.

Beberapa domain hasil harus dikelola bersama. Rakitan yang telah selesai mungkin berisi ASIC sakelar bernilai tinggi, beberapa mesin optik, sirkuit terpadu fotonik, driver, penerima, penggandeng serat, dan struktur pendingin.

Pengujian yang sudah dikenal baik, mesin dengan soket, laser eksternal, redundansi, dan diagnostik tingkat paket dapat mengurangi risiko, namun juga menambah biaya dan kompleksitas.

NPO: Integrasi Dewan dan Penyelarasan Optik Internal

NPO menyimpan mesin optik di luar paket sambil memindahkannya ke dalam sakelar.

Prioritas manufaktur mencakup saluran PCB pendek, transisi listrik dengan kerugian rendah, konektor mesin internal, perutean serat, pendinginan tingkat papan, penyelarasan optik, akses servis, dan kemampuan pengujian mesin.

NPO mengurangi beberapa kendala tingkat paket tetapi menciptakan board sistem yang lebih terspesialisasi.

XPO: Integrasi Modul dan Pendinginan Cairan

XPO mempertahankan modul optik sebagai produk terpisah, namun kemampuan yang dibutuhkan melampaui pluggable konvensional.

Modul ini harus menggabungkan antarmuka kelistrikan dengan jumlah jalur tinggi, penyaluran daya yang besar, pendingin cair, konektivitas optik yang padat, manajemen modul, dan kemudahan servis mekanis.

Tantangan utamanya adalah mempertahankan batas modul yang dapat diganti sambil mengintegrasikan lebih banyak fungsi listrik, optik, dan termal ke dalam batas tersebut.

Implikasi terhadap MPO, Array Serat, dan Kopling Optik Tingkat Chip

CPO, NPO, dan XPO tidak menghilangkan kebutuhan akan konektivitas fiber. Mereka mengubah tempat terjadinya sambungan dan kepadatan, presisi, dan karakteristik mekanis apa yang diperlukan.

Bagaimana CPO, NPO dan XPO Mengubah Konektivitas Fiber

XPO dan Konektivitas Multi-Serat Kepadatan Tinggi

Antarmuka listrik 64 jalur yang dapat dicolokkan menciptakan kebutuhan yang kuat akan perutean optik yang terorganisir dan berkepadatan tinggi.

• Multipleksing panjang gelombang

• Arsitektur dupleks

• Modulasi optik

• Mencapai

• Pemetaan jalur

• Desain konektor

Pertimbangan konektor dan kabel yang relevan meliputi:

• Jejak konektor

• Polaritas serat

• Penyisipan dan pengembalian kerugian

• Akses pembersihan

• Arah keluar kabel

• Perutean di sekitar struktur pendingin

• Ketegangan mekanis selama penggantian

• Retensi konektor

Antarmuka tipe MPO sangat cocok untuk konektivitas multi-serat standar, tetapi konfigurasi konektor akhir harus mengikuti spesifikasi XPO yang lengkap dan implementasi optik.

Persyaratan Termal dan Mekanis di Sekitar Modul Berpendingin Cairan

Rakitan serat di dekat modul berpendingin cairan harus berdampingan dengan port fluida, pelat dingin, kontak daya, konektor listrik kecepatan tinggi, mekanisme ejektor, dan struktur penahan panel depan.

• Manajemen radius tikungan

• Perutean kabel

• Aksesibilitas konektor

• Loop layanan

• Pereda ketegangan

• Ekspansi termal

• Izin mekanis

Kelas suhu universal atau persyaratan bahan jaket tidak boleh diasumsikan sebelum spesifikasi modul dan sistem akhir tersedia.

Koneksi Optik Pergeseran CPO dan NPO Di Dalam Switch

Ketika mesin optik bergerak lebih dekat ke ASIC, bagian dari sambungan optik yang sebelumnya terdapat di dalam transceiver panel depan menjadi interkoneksi optik internal.

• Memanfaatkan serat internal

• Konektor multi-serat yang ringkas

• Unit susunan serat

• Struktur perutean profil rendah

• Kuncir mesin optik

• Rakitan kopling tingkat chip

CPO mungkin memerlukan antarmuka optik yang lebih kecil atau lebih kompatibel dengan paket dibandingkan konektor panel depan konvensional. Antarmuka yang disukai bergantung pada ruang yang tersedia, jumlah serat, anggaran kerugian, kemudahan servis, dan proses perakitan.

Array Serat, Alur V, dan Lensa Mikro

Asusunan seratmemposisikan beberapa serat pada nada yang terkontrol sehingga dapat dipasangkan ke sirkuit terpadu fotonik.

Aalur Vstruktur secara mekanis menemukan lokasi serat dan membantu menjaga keselarasan relatifnya.

Asusunan lensa mikrodapat memfokuskan, mengkolimasi, atau membentuk kembali berkas optik antara serat dan chip fotonik.

• Kopling tepi

• Kopling kisi

• Antarmuka sinar yang diperluas

• Koneksi optik yang dapat dilepas

• Unit fiber-array yang terpasang secara permanen

Toleransi penyelarasan dan kinerja kopling yang diperlukan bergantung pada mode optik, struktur pandu gelombang, geometri lensa, bahan pemasangan, dan suhu pengoperasian.

Fiber Array, V-Groove, dan Kopling Lensa Mikro ke Chip Silicon Photonics

Cara Memilih Antara CPO, NPO, dan XPO

Tidak ada satu arsitektur pun yang optimal untuk setiap switch.

Pilih berdasarkan Kinerja Listrik dan Anggaran Daya

CPO adalah kandidat terkuat ketika meminimalkan jangkauan listrik dan daya antarmuka merupakan kebutuhan utama.

NPO relevan ketika jalur listrik harus diperpendek namun integrasi tingkat paket tidak dapat diterima.

XPO cocok bila kemudahan servis panel depan dan peningkatan kepadatan pluggable diprioritaskan dibandingkan jarak listrik minimum.

Pilih berdasarkan Kemudahan Servis

XPO menyediakan model penggantian paling langsung bagi operator yang memerlukan inventaris optik independen dan servis lapangan cepat.

NPO mungkin cocok bila penggantian mesin internal dapat dilakukan selama pemeliharaan sasis terjadwal.

CPO memerlukan analisis yang cermat terhadap perbaikan paket, redundansi mesin, penempatan laser, dan biaya penggantian.

Pilih berdasarkan Kesiapan Pendinginan

CPO memerlukan kemampuan untuk menghilangkan panas dari komponen optik dan listrik yang terkonsentrasi di sekitar paket ASIC.

NPO memerlukan jalur termal yang efektif untuk mesin optik yang dipasang di papan internal.

XPO memerlukan infrastruktur pendingin cair dan antarmuka fluida yang andal di batas modul.

Pilih berdasarkan Kemampuan Manufaktur

CPO sangat bergantung pada semikonduktor canggih dan kemasan fotonik.

NPO bergantung pada desain papan khusus, integrasi mesin optik internal, dan penyelarasan serat.

XPO bergantung pada desain modul berpendingin cairan, konektivitas listrik yang padat, pengiriman daya tinggi, dan antarmuka multi-serat.

Daftar Periksa Keputusan Rekayasa

Sebelum memilih arsitektur, konfirmasikan:

• Jangkauan listrik ASIC-ke-optik yang diperlukan

• Kehilangan saluran maksimum

• Total anggaran daya sistem

• Arsitektur pendingin

• Strategi penggantian mesin optik

• Domain kegagalan yang dapat diterima

• Kemampuan manufaktur paket dan papan

• Ruang perutean serat internal

• Kepadatan konektor

• Persyaratan penyelarasan optik

• Uji dan ulangi strategi

• Siklus peningkatan sakelar dan optik yang diharapkan

Kesalahpahaman Umum Tentang CPO, NPO, dan XPO

Itu Bukan Tiga Tingkat Bandwidth

CPO, NPO, dan XPO menjelaskan arsitektur penempatan dan integrasi.

Bandwidth agregatnya bergantung pada jumlah jalur, kecepatan data per jalur, arsitektur panjang gelombang, format modulasi, dan pembangkitan sistem.

Memindahkan Optik Lebih Dekat Tidak Menghilangkan Setiap Masalah

Jangkauan listrik yang lebih pendek dapat mengurangi kehilangan saluran dan daya pengkondisi sinyal, namun hal ini dapat meningkatkan kompleksitas paket, konsentrasi termal, penggabungan hasil, dan biaya pemeliharaan.

Jalur listrik terpendek tidak secara otomatis merupakan sistem dengan risiko paling rendah.

NPO Tidak Dapat Di-Hot-Swappable Secara Otomatis

NPO memisahkan mesin optik dari paket ASIC, tetapi mesin biasanya tetap berada di dalam sasis.

Penggantian independen tidak sama dengan hot swapping panel depan.

CPO Tidak Selalu Perlu Mengganti ASIC Setelah Kegagalan Optik

Batas kegagalan bergantung pada apakah mesin optik disolder, dipasang pada soket, berlebihan, atau dapat diperbaiki secara mandiri.

CPO kurang dapat diservis di lapangan dibandingkan optik panel depan, namun model perbaikan pastinya bersifat spesifik untuk implementasi.

XPO Tidak Berarti Laser Eksternal Dapat Dicolokkan

XPO artinyaOptik Pluggable yang sangat padat.

ELSFP adalah istilah terpisah untuk sebuahFaktor Bentuk Kecil Laser Eksternal Dapat Dicolokkansumber yang digunakan terutama dengan sistem optik yang dikemas bersama.

Akankah CPO, NPO, dan Optik Pluggable Hidup Berdampingan?

Ketiga arsitektur tersebut memecahkan kombinasi masalah yang berbeda, sehingga hidup berdampingan secara teknis masuk akal.

CPO menawarkan jalur listrik terpendek dan tingkat integrasi paket tertinggi.

NPO mengurangi jangkauan PCB sekaligus menjaga pemisahan yang lebih besar antara ASIC dan mesin optik.

XPO mempertahankan modul panel depan yang dapat diganti di lapangan sekaligus meningkatkan kepadatan jalur listrik dan kemampuan pendinginan.

Penerapannya akan bergantung pada lebih dari sekedar bandwidth. Variabel penting meliputi:

• Kekuatan antarmuka

• Total daya sistem

• Infrastruktur pendingin

• Hasil kemasan

• Keandalan mesin optik

• Persyaratan pemeliharaan lapangan

• Kepadatan serat internal

• Teknologi konektor

• Biaya produksi

• Skala penerapan

CPO tidak boleh diperlakukan sebagai titik akhir universal yang telah ditentukan sebelumnya. NPO mungkin tetap berguna jika kedekatan dan kemudahan servis internal penting. XPO mungkin menjadi menarik jika pendingin cair tersedia dan operator ingin mempertahankan model pemeliharaan yang dapat dicolokkan.

Kemungkinan hasilnya adalah serangkaian arsitektur optik yang lebih luas yang disesuaikan dengan desain sakelar, lapisan jaringan, sistem pendingin, dan prioritas operasional yang berbeda.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa perbedaan utama antara CPO, NPO, dan XPO?

Perbedaan utamanya adalah lokasi mesin optik. CPO menempatkan mesin dalam lingkungan tingkat paket ASIC, NPO menempatkannya pada sistem PCB dekat ASIC, dan XPO menyimpannya dalam modul pluggable berpendingin cairan di panel depan.

Mengapa CPO dapat mengurangi daya dibandingkan dengan optik panel depan yang dapat dipasang?

CPO memperpendek sambungan listrik antara ASIC dan titik konversi optik. Hal ini dapat mengurangi beban pemerataan, pengaturan waktu, daya penggerak, dan pemrosesan sinyal. Manfaat sistem secara keseluruhan bergantung pada antarmuka kelistrikan dan garis dasar perbandingan.

Bisakah mesin optik CPO diganti secara mandiri?

Itu tergantung pada desain paket. Mesin dengan soket memungkinkan pengerjaan ulang produksi atau penggantian khusus, sedangkan mesin yang disolder lebih sulit untuk diservis. Biasanya tidak ada yang menyediakan aksesibilitas yang sama seperti modul panel depan.

Apakah NPO dapat ditukar dengan hot-swapp?

Belum tentu. Mesin NPO tetap berada di dalam sakelar dan mungkin memerlukan akses sasis, pelepasan komponen pendingin, pemutusan serat internal, atau servis di tingkat papan.

Apa artinya XPO?

XPO artinyaOptik Pluggable yang sangat padat. XPO MSA sedang mengembangkan faktor bentuk pluggable berpendingin cairan yang mendukung 64 jalur listrik berkecepatan tinggi.

Bagaimana arsitektur ini mempengaruhi konektor MPO dan susunan serat?

XPO mendukung permintaan yang berkelanjutan akan konektivitas multi-serat panel depan yang padat. CPO dan NPO memindahkan lebih banyak routing optik di dalam switch, meningkatkan pentingnya susunan serat kompak, harness internal, penyelarasan alur V, lensa mikro, dan antarmuka optik yang kompatibel dengan paket.