Zeitleiste der Fortschritte bei der Umstellung auf Co-Packaged Optics

Frühe Einführung von steckbarer Optik

Der Weg zu Co-Packaged Optics (CPO) begann mit der weit verbreiteten Einführung von steckbaren optischen Transceivern für Anwendungen mit niedrigeren Geschwindigkeiten. In den frühen 2000er Jahren ermöglichten Small Form-Factor Pluggable (SFP) und SFP+ Transceiver 1G- und 10G-Ethernet-Anwendungen und boten einen modularen Ansatz für die Netzwerkinfrastruktur. Diese steckbaren Optiken waren ideal für Rechenzentren und Telekommunikationsnetzwerke, da sie einfach zu implementieren, aufrüstbar und mit verschiedenen Netzwerkgeräten kompatibel waren.

Als die Bandbreitenanforderungen stiegen, wurden steckbare Optiken mit höherer Geschwindigkeit wie XFP und QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) zum Standard für 40G- und frühe 100G-Anwendungen. Diese frühen Lösungen boten Flexibilität und Skalierbarkeit, wurden jedoch durch den Stromverbrauch und Probleme mit der Signalintegrität eingeschränkt, als die Geschwindigkeiten weiter stiegen.

 

Aufkommen von Sende- und Empfangsgeräten mit höherer Bandbreite

Mit der explosionsartigen Zunahme von Cloud Computing, künstlicher Intelligenz (AI) und High-Performance Computing (HPC) führte die Branche neue Transceiver-Formfaktoren ein, um den Bedarf an größerer Bandbreite zu decken. Zu den wichtigsten Fortschritten gehören:

• QSFP+ (Quad Small Form-factor Pluggable Plus) - Eingeführt für 40G-Ethernet-Anwendungen, die eine höhere Port-Dichte in Switches ermöglichen.
• CFP4 (C Form-factor Pluggable 4) - Entwickelt für 100G-Netzwerke, mit verbesserter Effizienz und geringerer Größe im Vergleich zu früheren CFP-Modulen.
• QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) - Dieser Formfaktor, der 400G- und später 800G-Anwendungen unterstützt, erhöht die Lane-Dichte und ermöglicht einen höheren Datendurchsatz.
• OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable) - Entwickelt für 400G und mehr, mit besserem Wärmemanagement und höherer Leistungseffizienz.
• OSFP-XD (OSFP Extended Density) - Entwickelt, um die Bandbreitenkapazitäten für Anwendungen in Rechenzentren weiter zu erhöhen.
• QSFP-DD800 - Die nächste Evolution der steckbaren Optik, die 800G Ethernet für Hyperscale-Rechenzentren und KI-gesteuerte Workloads unterstützt.

Dank dieser Fortschritte konnten die steckbaren Optiken zwar mit der Nachfrage Schritt halten, aber der Stromverbrauch und die thermischen Beschränkungen stellten bei höheren Geschwindigkeiten eine Herausforderung dar.

Durchdringung von On-Board-Optik

Um die optische Konnektivität näher an die Verarbeitungseinheit zu bringen und die elektrischen Verluste zu reduzieren, hat die Branche On-Board-Optik-Lösungen (OBO) eingeführt. Dazu gehörten Mid-Board-Optiken, bei denen die Transceiver direkt auf der Hauptplatine des Switches oder Servers und nicht am Rand des Geräts platziert wurden.

On-Board-Optik trug dazu bei, die Signalintegrität zu verbessern und den Stromverbrauch zu senken, indem der elektrische Pfad verkürzt wurde. Dieser Ansatz beruhte jedoch immer noch auf herkömmlichen steckbaren Transceivern und erforderte eine komplexe Glasfaserführung innerhalb der Geräte, was zu Einschränkungen bei der Skalierbarkeit und der Fertigungskomplexität führte.

 

Der Übergang zu Co-Packaged Optics (CPO)

Die steigende Nachfrage nach Energieeffizienz und Bandbreitenskalierbarkeit führte zum Übergang zu Co-Packaged Optics (CPO). Im Gegensatz zu herkömmlichen Pluggables, die aufgrund von Leistungs- und Wärmebeschränkungen instabil werden, werden bei CPO optische Transceiver direkt in den Switch oder den Compute-ASIC integriert, so dass keine langen, stromintensiven Leiterbahnen erforderlich sind.

Durch den Wegfall der elektrischen Hochgeschwindigkeitsverbindungen reduziert CPO den Energieverbrauch pro Bit erheblich. Steckbare Transceiver verbrauchen bei höheren Datenraten etwa 7 W pro Modul, während CPO mit etwa 3 W pro Modul eine ähnliche oder bessere Leistung erzielen kann. Zusätzlich zum geringeren Stromverbrauch kann durch die Verteilung der optischen Komponenten um den ASIC herum ein besseres Wärmemanagement erreicht werden, das die Wärmeableitung optimiert und die Effizienz des Gesamtsystems erhöht.

Da die Datenübertragungsraten auf 1,6 TBit/s und darüber hinaus skalieren, wird eine höhere Lane-Dichte mit verbesserter Signalintegrität durch die direkte Integration der Optik in das ASICS für Hyperscale-Rechenzentren, künstliche Intelligenz (AI) und High-Performance Compute (HPC) unerlässlich. Diese Vorteile machen CPO zu einer idealen Lösung für Hochgeschwindigkeits-Netzwerkumgebungen der nächsten Generation, in denen Energieeffizienz und Skalierbarkeit der Bandbreite entscheidend sind.

 

Die Rolle von SENKO bei der Ermöglichung des Übergangs zu CPO

SENKO Advanced Components hat durch die Entwicklung innovativer optischer Konnektivitätslösungen, die den Herausforderungen des Faser-Managements, der Dichte und der Zuverlässigkeit gerecht werden, eine entscheidende Rolle beim Übergang zu Co-Packaged Optics gespielt.

Senko beteiligt sich an verschiedenen Marktstandard-Organisationen wie IEEE, IEC und TIA sowie an Konsortien wie QSFP-DD und OSFP MSA, um Markttrends besser zu verstehen und Beiträge zu leisten. Darüber hinaus trägt SENKO durch die Teilnahme an weltweit anerkannten Foren wie dem Optical Interworking Forum (OIF) und dem IOWN Global Forum zur Weiterbildung der wichtigsten Mitglieder der Branche bei.

Im Rahmen dieser Industriekooperationen hat SENKO die weltweit ersten Very Small Form Factor (VSFF)-Steckverbinder wie die CS-, SN- und SN-MT-Steckverbinder entwickelt, die einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Dichte von Fasersteckverbindern leisten. Die weitere Entwicklung brachte den Metallic PIC Connector (MPC) hervor, der die Fasern näher an den Chip bringt, sowie ELSFP Host- und Modul-Steckverbinder, die eine extern montierte Laserquelle ermöglichen, was die thermische Leistung und langfristige Zuverlässigkeit in CPO-Architekturen erheblich verbessert.

Da Co-Packaged Optics weiterhin an Dynamik gewinnt, bleibt SENKO an der Spitze der Innovation und bietet wesentliche optische Konnektivitätslösungen, die den Übergang zu hocheffizienten und skalierbaren Netzwerkarchitekturen ermöglichen.

Schlussfolgerung

Der Übergang von den frühen steckbaren Optiken zu Co-Packaged Optics stellt eine bedeutende Entwicklung in der optischen Vernetzung dar. Während die Datenraten weiter steigen, stoßen herkömmliche Transceiver-Architekturen bei Energieeffizienz und Leistung zunehmend an ihre Grenzen. CPO bietet eine vielversprechende Lösung, die eine noch nie dagewesene Bandbreite und Energieeffizienz für zukünftige Netzwerkanwendungen bietet. Mit Unternehmen wie SENKO, die bei der Innovation von optischen Verbindungen eine Vorreiterrolle einnehmen, ist die Branche gut aufgestellt, um die nächste Generation von Hochgeschwindigkeitsverbindungen in Angriff zu nehmen.