A ascensão da óptica de empacotamento conjunto (CPO): Revolucionando a conectividade de alta velocidade

O que é a óptica co-embalada (CPO)?

O crescimento explosivo da inteligência artificial (IA), da computação de alto desempenho (HPC), do aprendizado de máquina (ML) e dos data centers de hiperescala está ultrapassando os limites da infraestrutura de rede tradicional. À medida que as taxas de dados sobem para 800G e além, os transceptores plugáveis existentes estão lutando para acompanhar as demandas de eficiência energética e densidade. Para enfrentar esses desafios, o setor está se voltando para o CoPackaged Optics (CPO), uma abordagem inovadora que leva a fibra diretamente ao chip para obter um desempenho inigualável. A óptica co-embalada (CPO) é uma tecnologia emergente que integra componentes ópticos diretamente com ASICs (circuitos integrados de aplicativos específicos) de switch em um único pacote. Esse avanço está definido para redefinir o futuro da transmissão de dados em alta velocidade.

 

Fatores que impulsionam o crescimento do mercado de CPO

A rápida expansão da inteligência artificial (IA) e dos modelos de linguagem ampla (LLMs) está gerando uma demanda insaciável por maior largura de banda e soluções de rede mais eficientes. A explosão de modelos de IA generativos, como ChatGPT, Llama, Claude e Gemini, exige um vasto poder de computação distribuída e transferências de dados ultrarrápidas entre as unidades de processamento. O aumento dos LLMs e das cargas de trabalho orientadas por IA, incluindo aprendizagem profunda, veículos autônomos e análise em tempo real, exige que grandes quantidades de dados sejam processadas instantaneamente em uma infraestrutura de rede dimensionável. Esses modelos exigem interconexões ultrarrápidas, nas quais os transceptores ópticos tradicionais enfrentam limitações significativas. À medida que os modelos de IA aumentam em complexidade, a adoção do CPO se torna cada vez mais essencial para sustentar o desempenho e a escalabilidade.

Os modelos de aprendizado de máquina (ML), especialmente os usados em serviços financeiros, saúde e segurança cibernética, dependem de transferências de dados rápidas e de alta largura de banda entre as unidades de processamento para treinamento e inferência. Empresas como a NVIDIA, o Google e a Microsoft estão liderando esse processo, implantando clusters de IA maciços que exigem soluções de rede de ponta. O treinamento e a inferência de modelos complexos de ML exigem arquiteturas distribuídas com movimentação contínua de dados em unidades de processamento gráfico (GPUs) e unidades de processador de tensor (TPUs) interconectadas.

A computação de alto desempenho (HPC) é outro fator essencial. A pesquisa científica, a modelagem climática, a genômica e as simulações para aplicações de engenharia exigem velocidades de transmissão de dados incomparáveis. As soluções de rede tradicionais estão lutando para acompanhar as demandas dessas cargas de trabalho, tornando a CPO uma alternativa atraente. Instituições como a NASA, o CERN e as principais universidades do mundo dependem da HPC para processar simulações complexas e grandes conjuntos de dados.

Os data centers em hiperescala estão experimentando um crescimento exponencial à medida que os provedores de nuvem expandem sua infraestrutura global. Empresas como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure e Google Cloud estão ampliando os limites das arquiteturas de data center para acomodar um tráfego de dados sem precedentes. Essas hiperescalas exigem soluções de rede escalonáveis e de alta eficiência para manter o desempenho e reduzir os custos operacionais, o que torna o CPO um componente vital dos projetos futuros.

Gargalos dos transceptores plugáveis tradicionais

Os transceptores plugáveis têm sido a espinha dorsal da conectividade óptica de alta velocidade, mas estão se tornando um fator limitante à medida que os requisitos de largura de banda continuam a aumentar. Um dos principais desafios é o uso de traços elétricos mais longos entre o ASIC do switch e os módulos ópticos, o que leva à degradação do sinal e ao aumento da latência. À medida que as velocidades de dados ultrapassam 800G e se aproximam de 1,6T, essas ineficiências se tornam mais pronunciadas.

Ao contrário dos transceptores plugáveis tradicionais, que dependem de conexões elétricas entre switches e módulos ópticos, o CPO reduz a necessidade de longos traços elétricos que introduzem latência e degradação do sinal.

 

minimizando o consumo de energia, a geração de calor e a degradação do sinal. Esse avanço está definido para redefinir o futuro da transmissão de dados de alta velocidade em data centers (DCs) de hiperescala. Outro grande problema é o consumo de energia, pois a óptica externa plugável exige mais energia, aumentando os custos operacionais. Os transceptores plugáveis exigem amplificação de sinal e correção de erros, o que leva a um maior consumo de energia e maior geração de calor. Isso cria desafios significativos de resfriamento para os data centers, que precisam implementar sistemas de gerenciamento térmico caros e complexos para manter a operação ideal. Os operadores de data centers enfrentam restrições adicionais devido ao espaço limitado da placa frontal nos switches, o que restringe o número de portas de transceptor óptico que podem ser implementadas.

 

Como o CPO lida com esses desafios

O CPO é um divisor de águas na rede de alta velocidade, oferecendo soluções para as limitações dos transceptores ópticos tradicionais. Ao integrar a óptica diretamente aos ASICs de switch, o CPO elimina a necessidade de longos traços elétricos, reduzindo significativamente o consumo de energia e a perda de sinal. Essa integração direta melhora a eficiência geral da rede, tornando-a uma solução mais eficiente em termos de energia para ambientes de hiperescala.

Além da redução do consumo de energia, o CPO aumenta a eficiência térmica ao reduzir a geração de calor localizada. Isso simplifica os requisitos de resfriamento e reduz os custos operacionais dos data centers, possibilitando uma infraestrutura mais sustentável. Além disso, o CPO permite maior densidade de portas, eliminando a necessidade de transceptores plugáveis no painel frontal, o que, por sua vez, permite que os data centers dimensionem a largura de banda com mais eficiência.

Uma das vantagens mais significativas do CPO é sua capacidade de preparar a infraestrutura de rede para o futuro. À medida que a IA, o ML e a computação em hiperescala continuam a evoluir, as taxas de dados além de 800G se tornarão o novo padrão. O CPO fornece a escalabilidade necessária para suportar essas demandas futuras, garantindo que a infraestrutura de rede permaneça viável nos próximos anos.

 

Conclusão

À medida que a IA, o ML, a HPC e os data centers em hiperescala continuam a ultrapassar os limites do processamento e da transmissão de dados, a óptica co-pacotada está surgindo como uma tecnologia vital para a infraestrutura de rede à prova de futuro. Com a tecnologia de acoplamento direto da fibra ao chip, as limitações dos transceptores plugáveis tradicionais podem ser resolvidas. A CPO está pronta para revolucionar a rede óptica de alta velocidade. A SENKO está impulsionando a inovação e a adoção do CPO ao resolver a solução de interconexão óptica da próxima geração.