Évolution et progrès du CPOoptoélectroniquetechnologie de co-emballage
Le co-emballage optoélectronique n'est pas une technologie nouvelle ; son développement remonte aux années 1960, mais à cette époque, le co-emballage photoélectrique n'était qu'un simple emballage dedispositifs optoélectroniquesensemble. Dans les années 1990, avec l'essor demodule de communication optiqueDans le secteur industriel, le co-emballage photoélectrique a commencé à émerger. Face à l'explosion de la demande en puissance de calcul et en bande passante cette année, le co-emballage photoélectrique, et les technologies connexes, ont de nouveau suscité un vif intérêt.
Dans le développement technologique, chaque étape présente également des formes différentes, allant du CPO 2.5D correspondant à une demande de 20/50 Tb/s, au CPO Chiplet 2.5D correspondant à une demande de 50/100 Tb/s, et enfin à la réalisation du CPO 3D correspondant à un débit de 100 Tb/s.
Le pack 2.5D CPO comprendmodule optiqueLe circuit intégré de commutation réseau est intégré sur le même substrat afin de réduire la distance entre les pistes et d'augmenter la densité d'E/S. La technologie 3D CPO connecte directement le circuit intégré optique à la couche intermédiaire, permettant ainsi un pas d'interconnexion des E/S inférieur à 50 µm. L'objectif de cette évolution est clair : minimiser la distance entre le module de conversion photoélectrique et le circuit intégré de commutation réseau.
Actuellement, la technologie CPO est encore à ses débuts et présente des problèmes tels qu'un faible rendement et des coûts de maintenance élevés. De plus, peu de fabricants proposent des produits CPO complets. Seuls Broadcom, Marvell, Intel et quelques autres acteurs disposent de solutions propriétaires sur le marché.
L'année dernière, Marvell a présenté un commutateur utilisant la technologie CPO 2.5D et le procédé VIA-LAST. Après le traitement de la puce optique en silicium, les interconnexions traversantes (TSV) sont réalisées grâce aux capacités de traitement d'OSAT, puis la puce électronique est intégrée par retournement (flip-chip) à la puce optique. Seize modules optiques et la puce de commutation Marvell Teralynx7 sont interconnectés sur le circuit imprimé pour former un commutateur, capable d'atteindre un débit de commutation de 12,8 Tbit/s.
Lors de l'OFC de cette année, Broadcom et Marvell ont également présenté la dernière génération de puces de commutation de 51,2 Tbit/s utilisant la technologie de co-encapsulation optoélectronique.
D'après les spécifications techniques de la dernière génération de CPO de Broadcom, le boîtier 3D CPO bénéficie d'un processus de fabrication amélioré permettant une densité d'E/S plus élevée et une consommation d'énergie de seulement 5,5 W pour 800 Gbit/s, offrant ainsi d'excellentes performances en termes d'efficacité énergétique. Broadcom réalise également une avancée majeure avec une seule génération de CPO atteignant 200 Gbit/s et 102,4 Tbit/s.
Cisco a également accru ses investissements dans la technologie CPO et a réalisé une démonstration de produit CPO lors de l'OFC de cette année, illustrant ainsi l'accumulation et l'application de sa technologie CPO sur un multiplexeur/démultiplexeur plus intégré. Cisco a annoncé le déploiement pilote de la technologie CPO sur des commutateurs de 51,2 Tb, suivi d'une adoption à grande échelle sur les cycles de commutation de 102,4 Tb.
Intel utilise depuis longtemps des commutateurs basés sur la technologie CPO et, ces dernières années, Intel a continué à travailler avec Ayar Labs pour explorer des solutions d'interconnexion de signaux à bande passante plus élevée, co-intégrées, ouvrant la voie à la production en série de dispositifs de co-intégration optoélectronique et d'interconnexion optique.
Bien que les modules enfichables restent la solution privilégiée, l'amélioration globale de l'efficacité énergétique apportée par les boîtiers photoélectriques à enveloppe (CPO) séduit de plus en plus de fabricants. Selon LightCounting, les livraisons de CPO commenceront à augmenter significativement pour les ports 800G et 1,6T, leur commercialisation débutera progressivement entre 2024 et 2025, et elles atteindront un volume important entre 2026 et 2027. Parallèlement, le CIR prévoit que le chiffre d'affaires du marché des boîtiers photoélectriques à enveloppe enveloppe atteindra 5,4 milliards de dollars en 2027.
Plus tôt cette année, TSMC a annoncé qu'elle s'associerait à Broadcom, Nvidia et d'autres grands clients pour développer conjointement la technologie de la photonique sur silicium, les composants optiques d'encapsulation communs (CPO) et d'autres nouveaux produits, ainsi que la technologie de traitement de 45 nm à 7 nm. L'entreprise a également indiqué que le second semestre de l'année prochaine serait le plus rapide pour répondre aux importantes commandes et qu'elle devrait atteindre le stade de la production en volume vers 2025.
En tant que domaine technologique interdisciplinaire englobant les dispositifs photoniques, les circuits intégrés, le conditionnement, la modélisation et la simulation, la technologie CPO reflète les changements induits par la fusion optoélectronique, et les transformations qu'elle apporte à la transmission de données sont indéniablement révolutionnaires. Bien que l'application de la CPO soit restée longtemps cantonnée aux grands centres de données, l'essor des besoins en puissance de calcul et en bande passante élevée a ouvert de nouvelles perspectives à la technologie de co-scellement photoélectrique CPO.
Il apparaît que les fabricants du secteur des CPO (Common Packages) considèrent généralement que 2025 sera une année charnière, avec un débit de 102,4 Tbit/s, et que les inconvénients des modules enfichables seront encore plus marqués. Bien que le déploiement des applications CPO puisse être progressif, le co-packaging optoélectronique reste indéniablement la seule solution pour parvenir à des réseaux à haut débit, à large bande passante et à faible consommation.
Date de publication : 2 avril 2024