通信行業(yè)深度報(bào)告：深度拆解CPO：AI智算中心光互聯(lián)演進(jìn)方向之一-開源證券

請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明1/56 通信jiangying@ 43%29%14% 0%-14%-29%2024-012024-052024-09數(shù)據(jù)來(lái)源：聚源和成熟的CMOS微電子工藝兼容的優(yōu)勢(shì)，有望成為實(shí)現(xiàn)光均有在近年OFC展上推出CPO原型機(jī)，Nvidia及TSMC等廠商也展示了自己43%29%14% 0%-14%-29%2024-012024-052024-09數(shù)據(jù)來(lái)源：聚源《o3模型亮相，國(guó)內(nèi)AIDC產(chǎn)業(yè)鏈或《o3模型亮相，國(guó)內(nèi)AIDC產(chǎn)業(yè)鏈或菲菱科思、共進(jìn)股份、烽火通信、光迅科技l風(fēng)險(xiǎn)提示：AIGC發(fā)展放緩，配套CPO需求不及預(yù)升級(jí)不及預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)；CPO產(chǎn)業(yè)鏈推動(dòng)不及預(yù)期影響；存在貿(mào) 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明2/561、CPO是一種新型的光電子集成技術(shù) 52、CPO的深度拆解：或帶動(dòng)硅光光引擎、CW光源、光纖、FAU、MPO/MTP等需求增長(zhǎng) 72.1、硅光光引擎是CPO技術(shù)核心之一 92.1.1、光引擎平臺(tái)：硅光技術(shù)是目前CPO光引擎的主要解決方案 92.1.2、光引擎集成：CPO技術(shù)將增加先進(jìn)封裝工藝需求 2.2、光源：ELS是當(dāng)前硅光CPO的主流選擇 2.3、光學(xué)互聯(lián)：CPO光鏈路較可插拔方案引入額外的光纖及光纖連接器 222.4、電氣互聯(lián)：CPO中單片CMOSEIC或成發(fā)展方向 273、AI光通信時(shí)代，CPO迎三大產(chǎn)業(yè)變化 303.1、變化1：硅光技術(shù)加速發(fā)展，CPO硅光光引擎不斷成熟 303.2、變化2：龍頭廠商積極布局CPO，進(jìn)一步催化CPO產(chǎn)業(yè)發(fā)展 353.2.1、Broadcom：TH5-Bailly—SiPhPIC+7nmCMOSEIC+FOWLP 363.2.2、TSMC：積極布局硅光技術(shù)，推出COUPE平臺(tái) 393.2.3、Nvidia：GPU龍頭企業(yè)，積極布局CPODWDM方案 403.3、變化3：AI時(shí)代高速交換機(jī)需求增長(zhǎng)，CPO方案優(yōu)勢(shì)不斷凸顯 443.3.1、AI時(shí)代交換機(jī)帶寬加速迭代，端口互聯(lián)速度快速發(fā)展 443.3.2、AI集群加速Scaleout，后端網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)拉動(dòng)高速交換機(jī)需求 453.3.3、AI集群功耗成關(guān)鍵挑戰(zhàn)，CPO方案優(yōu)勢(shì)凸顯 474、CPO發(fā)展?jié)摿^大，商業(yè)落地仍需產(chǎn)業(yè)協(xié)同 484.1、技術(shù)方面，CPO在工藝、仿真以及測(cè)試等方面仍面臨很多挑戰(zhàn) 484.2、產(chǎn)業(yè)協(xié)同：AI時(shí)代CPO方案或與可插拔方案長(zhǎng)期共存 495、受益標(biāo)的梳理 516、風(fēng)險(xiǎn)提示 54圖1：CPO有望成為未來(lái)數(shù)據(jù)中心互連的重要解決方案 5圖2：光接口能效演進(jìn)低于ASIC部分 5圖3：CPO有望替代傳統(tǒng)可插拔光模塊 6圖4：CPO較傳統(tǒng)光模塊集成大量光電器件 7圖5：CPO利用光互連替代傳統(tǒng)光模塊至交換芯片的銅互連 8圖6：光引擎是CPO技術(shù)核心之一 9圖7：VCSELCPO方案適用于超短距離傳輸 圖9：硅光調(diào)制器常見構(gòu)型：MZM、微環(huán)調(diào)制器、布拉格光柵調(diào)制器 圖10：硅光耦合器通常使用端面耦合以及光柵耦合兩種方式 圖11：PE集成方案包括單片集成或異構(gòu)集成 圖12：CPO技術(shù)將增加先進(jìn)封裝工藝需求 圖13：基于2D封裝PE的CPO 圖14：硅基Interposer方案提供精細(xì)的布線功能 圖15：有機(jī)封裝利用有機(jī)基板作為基材 圖16：FOWLP通過(guò)晶圓級(jí)封裝促進(jìn)小尺寸封裝和大規(guī)模生產(chǎn)能 圖17：玻璃材料是Interposer的優(yōu)質(zhì)候選材料 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明3/56圖18：Corning積極推進(jìn)玻璃Interposer 圖19：光電芯片通過(guò)3D封裝進(jìn)行垂直互連 圖20：3D封裝的CPO技術(shù)也是目前研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì) 圖21：硅光CPO主要采用ELS 圖22：輸出功率和功耗是ELS的關(guān)鍵特征 圖23：有效的光電轉(zhuǎn)換是一個(gè)多維的非線性問(wèn)題 20圖24：CW-DFB激光器是目前CPO技術(shù)最優(yōu)的外置光源選擇 20圖25：OIF發(fā)布ELSFP標(biāo)準(zhǔn) 21圖26：ELS-DR/FR應(yīng)用實(shí)際由光引擎決定 21圖27：CPO光互連主要包括光引擎到前面板連接器的光纖路由 22圖28：CPO的實(shí)現(xiàn)涉及各種組件的系統(tǒng)規(guī)模集成 22圖29：光引擎接口保護(hù)涉及多種光電分離方案 23圖30：光纖陣列對(duì)材料和制造工藝的要求較高 23圖31：光引擎通過(guò)FAU耦合實(shí)現(xiàn)光的進(jìn)出 23圖32：通過(guò)引入中板/板載光互連解決方案來(lái)解決光引擎尾纖長(zhǎng)度不同問(wèn)題 24圖33：擴(kuò)束連接器可以減少由于光學(xué)接口污染而導(dǎo)致的信號(hào)損失 24圖34：利用光纖柔性板管理 24圖35：通過(guò)部分硬件設(shè)計(jì)提高光纖可靠性 24圖36：ELS通過(guò)保偏光纖連接光引擎 25圖37：用于光輸入的PM光纖和用于光輸出的非PM光纖的混合封裝 25圖38：光纖連接器品類繁多 26圖39：基于MT插芯的光纖連接器或成高容量配線需求的重要解決方案 26圖40：前面板需對(duì)光纖端口通道密度、連接器類型和熱管理等綜合考慮 26圖41：CPO電氣接口選擇多樣 27圖42：DSP功能或仍不可或缺 28圖43：ADC+DSP仍是下一代224Gb/s實(shí)現(xiàn)方案之一 28圖44：不同的SerDes模塊針對(duì)不同的距離進(jìn)行了優(yōu)化 29圖45：?jiǎn)纹蒃IC或成CPO發(fā)展方向 29圖46：硅光技術(shù)綜合性能優(yōu)異 30圖47：硅光技術(shù)應(yīng)用廣泛 30圖48：數(shù)據(jù)中心中硅光光模塊已逐步應(yīng)用 30圖49：硅光光模塊與傳統(tǒng)光模塊原理架構(gòu)基本相似 31圖50：硅光收發(fā)器市場(chǎng)規(guī)模有望不斷擴(kuò)大 31圖51：OIO是一種芯片的光互連解決方案 32圖52：高耗能算力場(chǎng)景促進(jìn)OIO發(fā)展 32圖53：硅光產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善 32圖54：硅光CPO原型機(jī)不斷推出 36圖55：BroadcomCPO產(chǎn)品不斷推出 36圖56：TH4-Huboldt是Broadcom第一代CPO系統(tǒng) 37圖57：TH4-Huboldt采用SiPhPIC+SiGeEIC+TSV架構(gòu) 37圖58：TH5-Bailly采用SiPhPIC+7nmCMOSEIC+FOWLP架構(gòu) 38圖59：Broadcom將CPO技術(shù)進(jìn)一步拓展到算力芯片 38圖60：TSMC推出COUPE平臺(tái) 39圖61：TSMC提供其先進(jìn)技術(shù)路線圖 40圖62：芯片異構(gòu)集成是TSMC封裝技術(shù)之一 40 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明4/56圖63：TSMC供應(yīng)商支持的COUPE設(shè)計(jì)工具 40圖64：不同的設(shè)備連接具有不同的帶寬和功耗 41圖65：CPODWDM或是個(gè)綜合性能優(yōu)異的方案 41圖66：交換機(jī)卡和GPU卡中采用CPO器件 41圖67：GPU卡、交換機(jī)卡分別構(gòu)成相應(yīng)機(jī)架 41圖68：NvidiaCPODWDM架構(gòu)采用DFB光源和微環(huán)調(diào)制器 42圖69：激光器占主要功耗預(yù)算 42圖70：NvidiaCPODWDM架構(gòu)中采用硅基Interposer 42圖71：Nvidia的CPO原型機(jī)速率達(dá)到每根光纖400Gbps 43圖72：Nvidia已制造CPO各類型測(cè)試芯片 43圖73：TeraPHY和SuperNova典型鏈路 43圖74：TeraPHY采用硅光微環(huán)調(diào)制器 43圖75：光互連正逐漸取代銅互連 44圖76：ASIC帶寬約每?jī)赡攴环?44圖77：以太網(wǎng)速度跟隨ASIC帶寬的擴(kuò)展 44圖78：前后端網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)均來(lái)帶來(lái)大量交換機(jī)需求 45圖79：AI網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶動(dòng)GPU互聯(lián)需求 46圖80：RDMA市場(chǎng)中交換機(jī)需求快速增長(zhǎng) 46圖81：算力集群拓展方向包括Scaleup和Scaleout 46圖82：Scaleup+Scaleout構(gòu)成后端網(wǎng)絡(luò) 46圖83：CPO方案有望有效降低AI集群功耗 47圖84：CPO產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟 50圖85：CPO市場(chǎng)前景廣闊 50表1：海內(nèi)外企業(yè)積極布局硅光子技術(shù) 33表2：CPO產(chǎn)業(yè)重要板塊及公司 51表3：相關(guān)標(biāo)的估值 52 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明5/56光電共封裝（Co-PackagedOptic異構(gòu)集成在一個(gè)封裝體內(nèi)，形成具有一定功能的微系統(tǒng)。光電共封裝技術(shù)進(jìn)一步縮的互連密度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更低的功耗，是解決未來(lái)大數(shù)據(jù)運(yùn)算處理中—2022年全球數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)交換帶寬提升了8025倍。由于光接口依賴于數(shù)模混合的SerDes技術(shù)，其能光接口的單比特成本和功耗下降的速率遠(yuǎn)落后于交換機(jī)ASIC部分，為了進(jìn)一步降資料來(lái)源：RakeshChopra《Lookin請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明6/56寄生效應(yīng)明顯，存在信號(hào)完整性問(wèn)題，且模塊的體積較大、互連密度低、多通道功與封裝ASIC相同的PCB上，并圍繞封裝ASIC的四周排列，該方案使用PCB來(lái)連于多模光學(xué)。COBO聯(lián)盟完成了一個(gè)針對(duì)板載光學(xué)的MSA，包括關(guān)于八通道和十六通道（電氣）板載光模塊的規(guī)格，每通道最高資料來(lái)源：JohnH.Lau《FlipChip,HybridBonding, 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明7/56帶寬、低延時(shí)、低功耗、小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用基于硅光的光引過(guò)驗(yàn)證的半導(dǎo)體制造技術(shù)和設(shè)計(jì)工藝實(shí)現(xiàn)了高水平的光學(xué)和電氣設(shè)備集成，有望實(shí)案中由于硅光光引擎的引入，除激光器外，大部分已實(shí)現(xiàn)了多種光電器件的硅基集中的無(wú)源器件，傳統(tǒng)器件中的透鏡和大型組件都被取代，陶瓷、銅等材料用量大幅降低，晶圓、硅光芯片等電子材料占比提升，價(jià)值向硅光芯片、硅光引擎轉(zhuǎn)移，整體有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)化和成本控制，同時(shí)硅光器件更高的集成密度帶來(lái)了芯片尺寸的大幅縮減，相較于傳統(tǒng)光模塊具備小型化優(yōu)勢(shì)；現(xiàn)對(duì)電氣接口的優(yōu)化；在連接零部件上，CPO相較互連，因此在交換機(jī)內(nèi)部引入額外的光纖及光纖連接器，主要包括ELS-光引擎段、光引擎-前面板段，同時(shí)前面板原光模塊的電氣接口轉(zhuǎn)為光互連的光纖 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明8/56 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明9/56擎（PE/OE）都是CPO技術(shù)的核心。光子I在通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制調(diào)制器（MOD）后，攜帶信息的調(diào)制光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸?shù)侥繕?biāo)資料來(lái)源：H.Hsia等《HeterogeneousIntegrationofaCompactUniversalPhotoniPhotonicsApplicationsinHP100m以內(nèi)的互聯(lián)需求，后續(xù)通過(guò)器件進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)km級(jí)互聯(lián)長(zhǎng)度。速率方面，當(dāng)前，VCSEL較為成熟的器件為25GBaud復(fù)用以提高單纖容量，也可以通過(guò)陣列化的VCSEL器件/PD器件配合多芯光纖（~40um芯間距）實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。工藝方面，其主要挑戰(zhàn)在于封裝，封裝解決方案通常涉及使用焊盤柵格陣列（LGA）封裝將光學(xué)引擎連接到印刷電路外，通過(guò)集成多通道VCSEL和PD，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明10/56IBM研究院和Coherent于2022年聯(lián)合開片，沒(méi)有在電子芯片內(nèi)合并重新定時(shí)功能，有效地服務(wù)于低延遲應(yīng)用場(chǎng)景。電子芯最大速度下，考慮到兩端的電連接器，MOTION收發(fā)器的功耗為4pJ/b，約為800gOSFP（FR4）模塊的1/5；惠普的4通道CPO系統(tǒng)于2020年開發(fā)，包括990/1015/1040/1065/1090nm的5從技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，硅光技術(shù)結(jié)合了集成電路技術(shù)的超大規(guī)模、超高精度制造的 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明11/56特性和光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢(shì)，以及基于硅材料的本身特性，硅光子調(diào)制、處理和探測(cè)。其核心器件主要包括：激光器（負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)波導(dǎo)損耗、光學(xué)耦合、溫度影響等硅光器件性能問(wèn)題、測(cè)試流程方法挑戰(zhàn)和缺乏標(biāo)恒定，激光器輸出連續(xù)光，調(diào)制信號(hào)加載到外調(diào)制器上，在電場(chǎng)的作用下，外調(diào)制即通過(guò)外加電場(chǎng)對(duì)載流子濃度進(jìn)行操控并以此來(lái)改變材料折射率，常見的等離子體相位，并通過(guò)相長(zhǎng)或者相消干涉的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)光波幅度的調(diào)制；微環(huán)調(diào)制器和布拉格光柵調(diào)制器是在有諧振結(jié)構(gòu)的調(diào)制器中用折射率的變化操控諧振條件改變諧振波請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明12/56期性的，調(diào)制器級(jí)聯(lián)時(shí)不同信道之間容易串?dāng)_；布拉格光柵調(diào)制器是單模諧振，因此在工作波長(zhǎng)附近僅有一個(gè)諧振峰，信道之間不易串?dāng)_，但布拉格光柵調(diào)制器中光柵固有的反射光會(huì)對(duì)入射端口其余器件造成不良影響，因此很大程度上失去了外調(diào)制優(yōu)勢(shì)。所光信號(hào)互連的問(wèn)題，是硅基光電芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，單模光纖和光波導(dǎo)之間的高效耦合也是制約硅光子芯片規(guī)模化應(yīng)用的一個(gè)難題。光波導(dǎo)中的模場(chǎng)異導(dǎo)致了較低的耦合效率和較大的耦合損耗。通過(guò)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)、不同材質(zhì)的光耦合器件，使片上硅波導(dǎo)的光模場(chǎng)同單模光纖的光模場(chǎng)耦合相匹配從而達(dá)到最優(yōu)的光端面耦合是通過(guò)應(yīng)用端面耦合器，使得光信號(hào)直接在硅基波導(dǎo)的橫截面和光纖的橫截面直接相耦合。端面耦合器的優(yōu)點(diǎn)是是耦合損耗小、光學(xué)帶寬大，而且能夠在不改變光路的情況下進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，但在制備上工藝難度大、制作容差小，需要特殊的端面拋光。端面耦合器一般有正向楔形、反向楔形、三叉戟結(jié)構(gòu)，目前常用的結(jié) 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明13/56光柵耦合器是通過(guò)光柵的衍射效應(yīng)把光耦合至光波導(dǎo)，優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、對(duì)準(zhǔn)容差大，可以放置在芯片的任意位置，有利于晶圓級(jí)測(cè)試，缺點(diǎn)是偏振敏感、波長(zhǎng)敏核心光引擎的集成方案對(duì)系統(tǒng)的功率、性能、面積和成本有著深遠(yuǎn)需的要求，以先進(jìn)封裝實(shí)現(xiàn)更小尺寸；成本，通過(guò)不斷減少替代材料，提高制造效從集成方案來(lái)看，光引擎異構(gòu)集成是當(dāng)前主流選擇。光引擎中EIC和PIC可以和電器件,兩種器件之間的電學(xué)互連通過(guò)芯片內(nèi)部的金屬實(shí)現(xiàn)。單片集成結(jié)構(gòu)因?yàn)殚g常數(shù)以及電學(xué)損耗對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?功耗也得到了降低，因此單片集成可以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率和功率效率，基本避免了EIC-中先進(jìn)封裝技術(shù)是指一種采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和先進(jìn)的集成工藝技術(shù)，如硅通孔 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明14/56 同時(shí)引線鍵合通常需要相對(duì)較高的弧高，以允許芯片和基板之間或芯片和芯片之間 須通過(guò)兩次凸點(diǎn)，信號(hào)性能會(huì)有所下降，2.5D封裝具有更高的互連密度和更低的功耗。根據(jù)所用轉(zhuǎn)接板的材料不同，基于2.5D封裝技術(shù)可進(jìn)一步可分為基于硅基請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明15/56硅基Interposer方案包括全無(wú)源硅晶圓和局部硅橋。全無(wú)源硅晶圓的硅基Interposer利用硅晶圓加工技術(shù)，可以制作更小線寬的互連現(xiàn)光電芯片的高密度引腳互連，且由于與芯片材料相同，熱膨脹系數(shù)失配小，能減小封裝翹曲，提高可靠性；另一方面，硅基Interposer同樣存在兩成本高，TSV生產(chǎn)采用硅蝕刻工藝，硅-硅通孔需要氧化絕緣層并維持薄晶圓；(2)電性能差，硅材料是半導(dǎo)體材料，在傳輸線傳輸信號(hào)時(shí)，信號(hào)與襯底材料有很強(qiáng)的由于硅在材料和制造方面面臨著成本的挑戰(zhàn)及封裝面積的限制，局部硅橋的形EMIB是英特爾的一種2.5D封裝技術(shù)，通過(guò)在有機(jī)基板中嵌入薄硅橋和多層免了TSV轉(zhuǎn)接板導(dǎo)致的信號(hào)完整性問(wèn)題光電子芯片之間的高速、高密度通信，又有效減少了封裝尺寸，有望實(shí)現(xiàn)成本和性能的平衡，具有正常的封裝良率、不需要額外的工藝、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但EMIB不均勻等一系列問(wèn)題。有機(jī)封裝則利用有機(jī)基板作為基材，具有成本低、可彎曲等特點(diǎn)。有機(jī)材料具 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明16/56技術(shù)有助于促進(jìn)小尺寸封裝和大規(guī)模生產(chǎn)能力，在尺寸和生產(chǎn)能力方面具有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)消除引線鍵合提供了更高的速度設(shè)計(jì)能力，并減小元件芯片的焊盤尺寸來(lái)優(yōu)化線等，對(duì)封裝可靠性有較大影響，面臨如晶圓重構(gòu)的高精度定位、環(huán)氧模塑料和其玻璃材料具有高透光性、低損耗的電氣互連特性和出色的尺寸穩(wěn)定性，與硅材板相匹配，減少系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)力，因此玻璃基板可以更好地解決大尺寸芯片的翹曲問(wèn)題，從而提高系統(tǒng)的良率和可靠性。由于玻璃材料的易碎性和化學(xué)惰性，玻璃通孔3D互連技術(shù)發(fā)展仍面容易造成玻璃基板與金屬層之間的分層，導(dǎo)致金屬層卷曲甚至脫落4）玻璃的散是其生態(tài)系統(tǒng)尚不成熟和目前缺乏大規(guī)模生產(chǎn)能力。中，與光纖耦合，電信號(hào)通過(guò)在玻璃Interposer上的金屬通道。TGV接頭用于供電和接地，同一襯底上所有高分辨率線的薄膜加工簡(jiǎn)化了制造個(gè)戰(zhàn)略性的光學(xué)接口，允許封裝的PIC直接瞬態(tài)耦合，以實(shí)現(xiàn)更低的損耗。 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明17/56MEMSPackagingApplicationsFabricatedUsingMagneticAssemblyofMicroscaleMetalWires》MEMSPackagingApplicationsFabricatedUsingMagneticAssemblyofMicroscaleMetalWires》 互連距離、更高的互連密度和更好的高頻性能，還能實(shí)現(xiàn)更低的功耗、更高的集成互聯(lián)、TSVinterposer、Organicinterposer、面對(duì)面堆疊、資料來(lái)源：JohnH.Lau《FlipChip,HybridBonding, 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明18/56圖20：3D封裝的CPO技術(shù)也是目前研請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明19/56料間接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)使得它無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效率的片上光源，因此在硅基光電子芯片中其光源器件仍然需要依賴InP/GaS材料的半導(dǎo)體激光器。置有如下優(yōu)點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)了易失效光源元件的可更換和可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；二是激光器的外置減少了硅芯片單元的散熱壓力，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定性；三是外部光源單元可以靈活配置，如采用波分光源或者非致冷光源等。資料來(lái)源：JohnE等《PerformanceandReliabilityofAdvanced決定：一是光引擎的鏈路預(yù)算、二是CW激光功率括調(diào)制器和耦合損耗。其中激光芯片的高輸出功率是造成大部分功耗的根本原因，此外，熱電冷卻器（TEC）消耗額外的電力來(lái)消散激光芯片產(chǎn)生的熱量。請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明20/56術(shù)包括耐高溫大功率光源芯片，光路透鏡耦合，電流源控制反饋等，其中在激光光需要輸出功率至少為100mW的高功率連續(xù)激光器來(lái)滿足鏈路預(yù)算要求，提升CW-DFB激光器出光功率的主要措施包括增大光功率斜率效率、升單模工作電流范圍，限制光功率升高的主要因素是熱飽和現(xiàn)象和光學(xué)災(zāi)變損傷；能源效率方面，高電光轉(zhuǎn)換效率是高功率連續(xù)激光器的另一個(gè)理想特性，為了節(jié)省功耗，CW激光器的電光轉(zhuǎn)換效率需要進(jìn)一步提高，熱效率高的TEC有助于降低ELS功耗，同時(shí)非制冷高功率激光器也可能是CPO光源的最終解決方案之一。2021年光通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布了連續(xù)波－波分復(fù)用多源協(xié)議《CW-WDMMSA和人工智能等新興應(yīng)用的外置光源進(jìn)行了初步的規(guī)范。該協(xié)議要求連續(xù)波的外置激光器光源滿足單模、高功率、低噪聲、低功耗、連續(xù)穩(wěn)定工作，對(duì)工作波長(zhǎng)（O波資料來(lái)源：JohnE等《PerformanceandRelLasersforSiliconPhotonicsA資料來(lái)源：劉耀等《用于共封裝光學(xué)的高功率連續(xù)波DFB激光準(zhǔn)組織，分別是OIF(光互聯(lián)論壇)定義的ELSFP(ExternalLaserSmallFormFactorPluggable)標(biāo)準(zhǔn);IPEC(國(guó)際光電委員會(huì))定義的PELS(Plugga標(biāo)準(zhǔn);CCITA(中國(guó)計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟)定義的ELS(E前直通ELSFP仍存在一些問(wèn)題，如保偏光纖和單模光纖集無(wú)法商用；DR4和FR4應(yīng)用由光引擎決定，CPO光引擎無(wú)法實(shí)現(xiàn)c式不靈活。請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明21/56 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明22/56部的前面板，其連接方法和連接類型都是影響信號(hào)、熱量和布線密度的總體系統(tǒng)要求的設(shè)計(jì)考慮因素，不同的設(shè)計(jì)選擇及光纖離開光引擎的不同方向使得系統(tǒng)內(nèi)部的光纖布線進(jìn)一步復(fù)雜化，同時(shí)在安裝應(yīng)用中，都需注意避免對(duì)光纖玻璃表面損壞、大拉應(yīng)力的應(yīng)用以及破壞其涂層的完整性。圖27：CPO光互連主要包括光引擎到前面板連接器的aCo-PackagedorOn 在高溫下，從而提高了良率和可靠性，并可使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)器件來(lái)降低成本，實(shí)現(xiàn)成光分離方案，通常通過(guò)光引擎和板載光纖之間的光連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)光學(xué)分由于光纖尾纖需永久熔接到光引擎，因此也必須與焊料回流溫度兼容；另一種方法是將光纖插座集成到光引擎中，消除了光纖和連接器暴露在回流焊溫度下的情況。與電插座式光引擎相似，允許使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)連接器與插座配合。 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明23/56是把光纖按照一定的間距排列固定起來(lái)形成的光器件，是光進(jìn)出光器件的通道。光精確控制多個(gè)光纖之間的間距，需要一個(gè)精密的基底給光纖定位，最常用的是硅VV槽，固化后在V槽后的平臺(tái)區(qū)涂上保護(hù)膠，最后將端面拋光成預(yù)定角度， 供各種長(zhǎng)度的跳線，尾纖長(zhǎng)度可以減少到只有一個(gè)設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化光引擎在面板上的安裝，簡(jiǎn)化光引擎供應(yīng)商的制造，并降低光引擎和附加尾纖損壞的風(fēng)險(xiǎn)。另一方請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明24/56還增加了一組跳線電纜，可以使用更不敏感且易于清潔的氣隙或擴(kuò)束連接器，來(lái)降圖32：通過(guò)引入中板/板載光互連解決方案來(lái)解決光引FiberOpticConnecto纖（FiberRibbon）、光纜捆束（FiberHarness）、光纖帶集線器（Fiberribbon門的方法來(lái)管理電路板上的數(shù)百到數(shù)千個(gè)光纖，薄膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化了空間，從而增強(qiáng)了密集設(shè)備中的氣流，同時(shí)它是可堆疊的，可以處理 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明25/56 （3）ELS—光引擎：ELS與光引擎的互聯(lián)設(shè)計(jì)可分為3種類型：板載光學(xué)器的前板可插拔設(shè)計(jì)（可插拔盲插）。三種ELS類型中的每一種都使用一組保偏這種光纖的設(shè)計(jì)和制造是為了解決傳統(tǒng)光纖在傳輸過(guò)程中偏振態(tài)容易受到外部因素如溫度、彎曲和拉伸等影響而發(fā)生變化的問(wèn)題。保偏跳線則通過(guò)精準(zhǔn)的連接器鍵位來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振模態(tài)的耦合對(duì)準(zhǔn)，保偏連接器是兩根保偏光纖耦合的重要組件，確保兩根保偏光纖在耦合時(shí)的偏振模態(tài)保持偏振光原有的偏振狀態(tài)。保偏光纖的工作原理基于雙折射現(xiàn)象，通過(guò)設(shè)計(jì)上的特殊處理，引入了強(qiáng)烈的雙折射，從而抵消了外部因素對(duì)光偏振態(tài)的影響；制造方法主要包括應(yīng)力型和形狀拍長(zhǎng)和消光比等參數(shù)來(lái)衡量，消光比越高，說(shuō)明光纖保持偏振態(tài)的能力越強(qiáng)。保偏光纖仍然面臨著一些挑戰(zhàn)，如保偏光纖的制造成本相對(duì)較高，且與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相比，其衰減也更高；保偏光纖的拼接和終端處理也需要精確的操作，以確保偏振態(tài)的正確對(duì)齊。aCo-PackagedorOn圖37：用于光輸入的PM光纖和用于光輸出的非PM 置為32個(gè)端口，每個(gè)端口的吞吐量為1.6Tbps，或128個(gè)端口，每個(gè)端口400Gbps，對(duì)所需的面板高度（機(jī)架空間）和可用于氣流的面板表面產(chǎn)生影響。連接器選擇確定后，任何可用的剩余空間都可用于交換機(jī)面板上的冷卻或其他組件，更高密度的連接器配置都可以顯著減少整體空間，為其他組件提供空間或?qū)㈤_關(guān)從2U光纖連接器品種繁多，以MPO/MTP為代表的多芯連接器有望成為未來(lái)連接重要組成部分，主要用于光纖線路的連接、光發(fā)射機(jī)輸出端口/光接收機(jī)輸入端口與光纖之間的連接、光纖線路與其他光器件之間的連接等，可實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、超高速信 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明26/56息傳輸，應(yīng)用場(chǎng)景包括光纖到戶、數(shù)據(jù)中心、4G/5G通訊等。光纖制造商根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同推出眾多類型的光纖連接器，如接口連接器，按光纖類型分為單模/多模光纖連接器等。整體來(lái)看，光纖連接器正朝著低成本、標(biāo)準(zhǔn)化、高埠數(shù)、小型化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、易于安裝的方向發(fā)展，特別是隨著局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的連接器增多，高密度與小型化將是未來(lái)連接器MPO/MTP光纖跳線作為小型化和集成化發(fā)展下的產(chǎn)品方向，其一端或兩端為實(shí)現(xiàn)多芯光纖的連接，其關(guān)鍵技術(shù)包括塑料成型插芯、金屬導(dǎo)向銷、插芯端面研磨拋光技術(shù)和檢查技術(shù)等，對(duì)精度的要求較高。插芯一般按照金屬鑄模結(jié)構(gòu)采用注入針和導(dǎo)針孔進(jìn)行精準(zhǔn)連接，確保了光纖連接器的高密度、高速度傳輸。拔模塊互操作；向后兼容已安裝在數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)化布資料來(lái)源：COBO《DesignConsiderationsofOpticalConnectivityinaCo-Packaged請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明27/56空間有限以及SerDes和交換機(jī)IC之間的通道損耗過(guò)大，傳統(tǒng)可插拔光模塊面臨更多挑戰(zhàn)，CPO通過(guò)交換芯片和光引擎的共封裝，在消除限制的同時(shí)，封裝內(nèi)毫米級(jí)的電氣鏈路也可以產(chǎn)生更小的損耗，并進(jìn)一步簡(jiǎn)化分信號(hào)傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，具有功耗低、抗干擾強(qiáng)、速度快的優(yōu)點(diǎn)。根盡量高速率下的橫向時(shí)序和縱向信噪比的信號(hào)完整性問(wèn)題，包括縱向信噪比下的數(shù)據(jù)均衡設(shè)計(jì)、橫向時(shí)序下的時(shí)鐘定時(shí)設(shè)計(jì)和高速率下的寬帶擴(kuò)展設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用的平衡。道的信號(hào)完整性由通道布線、插座性能和封裝寄生決定。有多種電氣接口選項(xiàng)可用 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明28/56部分進(jìn)一步集成到交換芯片Die上，從而簡(jiǎn)光部分的功耗。在第一種架構(gòu)中，重定時(shí)芯片的主機(jī)側(cè)通過(guò)XSRSerDes連接到ASIC，重定時(shí)芯片的線路側(cè)通過(guò)LRSerDes連接到光引擎。Signaling—Modulation,Equalization,andCh構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)序列化，波形失真和輸出驅(qū)動(dòng)。接收器通常采用簡(jiǎn)單的連續(xù)時(shí)間線收發(fā)器類似，XSRSerDes也需要一FFE相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高功率效率和低代碼錯(cuò)誤率，同和DAC驅(qū)動(dòng)器組成的DSP。DAC驅(qū)動(dòng)器有SST形式和CML形式。接收器主 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明29/56請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明30/56現(xiàn)光子和微電子集成的理想平臺(tái)。在當(dāng)前“電算光傳”的信息社會(huì)下，微電子/光電子其技術(shù)瓶頸不斷凸顯，硅基光電子具有和成熟的CMOS微電資料來(lái)源：EricMounier《Chipletsenabledbysili資料來(lái)源：EricMounier《Chipletsenabledbysili 層技術(shù)，高速時(shí)代基于硅光光通信的拓展，有望進(jìn)一步催化硅光光片側(cè)的OIO、設(shè)備側(cè)CPO、設(shè)備間光模塊以及數(shù)據(jù)中資料來(lái)源：EricMounier《Chipletsenabledbysili 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明31/56件競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有演進(jìn)的過(guò)程，隨著大數(shù)據(jù)中心對(duì)聯(lián)結(jié)帶寬的不斷升級(jí)，多通道技術(shù)成范圍內(nèi)逐步進(jìn)入商用部署階段。同時(shí)長(zhǎng)期來(lái)看，我多通道大帶寬的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有望得到進(jìn)一步凸顯，硅光光模塊根據(jù)Lightcounting的預(yù)測(cè)，光通信行業(yè)已經(jīng)處在硅光使用基于硅光光模塊市場(chǎng)份額有望從2022年的24%增加到2028年的44%。據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源：EricMounier《Chipletsenabledbysiliconphoton是一種基于芯片的光互聯(lián)解決方案，與計(jì)算芯片（CPU、GPU、XPU）集成在同一輸距離遠(yuǎn)超電互連。OIO基于光互連低延遲、高帶寬和低能耗的特點(diǎn)，非常適用于新數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。硅光子技術(shù)目標(biāo)就是在芯片上集成光電轉(zhuǎn)換和傳輸模塊，使芯片間光信號(hào)交換成為可能：電流從計(jì)算核心流出，到轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射到電路板上鋪設(shè)的超細(xì)光纖，到另一塊芯片后再轉(zhuǎn)換為電信由于采用與集成電路兼容的工藝制作，可方便地在電學(xué)芯片的內(nèi)部引入硅基集成光路，實(shí)現(xiàn)光通信電路與控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的緊密集成，進(jìn)一步降低成本，因此硅OIO的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有望不斷凸顯，與OIO技 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明32/56reality》 戶等各個(gè)環(huán)節(jié)。2010年左右，硅光技術(shù)的研發(fā)體制開始由學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)推進(jìn)轉(zhuǎn)變術(shù)研究，進(jìn)行了長(zhǎng)期、巨額投入。三是小型初創(chuàng)公司早期靠風(fēng)險(xiǎn)資金進(jìn)入，后期被大企業(yè)并購(gòu)再持續(xù)投人，該模式已成為硅光子的一種重要發(fā)展模式。四是一些新崛 請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明33/56硅光芯片，并表示沿著自研硅光芯片的技術(shù)路線，目前已具備從基于各種化合物光芯片到器件、模塊、智能終端全系列產(chǎn)品的垂直整合能力，下一聯(lián)光芯）展出最新硅光技術(shù)及解決方案，包括1.6TDR8PIC、800GDR8PIC、800G2xFR4PIC、200G/lanePICAI/DC智算互聯(lián)應(yīng)用的200GGe/SiPINPD和4x200GSiPhoMZMPIC，現(xiàn)場(chǎng)演示了公司2020年收購(gòu)Inphi，基于Inphi前幾代COLORZ光學(xué)模塊技術(shù)基礎(chǔ)氣和光學(xué)接口，能以多太比特的速度連接下一代作為全球領(lǐng)先的光學(xué)元件供應(yīng)商，公司2023年收購(gòu)中國(guó)香港光作為最早開始探索硅光子技術(shù)的公司之一，目前已在數(shù)據(jù)中年在OFC上展示了其研發(fā)和量產(chǎn)應(yīng)用于802024在OFC上展示了400G/800G/1.6T硅光產(chǎn)品及單一；Acacia是首家提出將硅芯片作為多個(gè)離散光子功能集成平臺(tái)的相干模塊供應(yīng)商，20年推出硅基800G相干可插拔產(chǎn)品，其基于DelpQSFP28和400GQSFP-DD封裝臺(tái)公司2022年完成對(duì)賽靈思的收購(gòu)，與Ranovus聯(lián)合發(fā)布基于硅光引擎的CPO器件，在硅公司攜手博通、英偉達(dá)等大客戶共同開發(fā)硅光子及共同封裝光學(xué)元件，已組建專家組成的專門研發(fā)團(tuán)隊(duì)，專注于利用硅光子技術(shù)開發(fā)未來(lái)芯片。公司NVIDIA的技術(shù)積累；2022年，公司與AyarLabs合作開發(fā)將硅光互連用于GPU與NVSwitch之間請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明34/562023年公司剝離硅光光模塊部門，由Jabil承接相關(guān)業(yè)務(wù)，保留硅光芯供支持2024年向客戶交付了業(yè)界首款51.2Tbps共封裝光學(xué)(CPO)以太起。同年于OFC上展示了基于200G硅光子調(diào)制的CW激光器2022年全球光模塊廠商中排名第一，在硅光領(lǐng)域研發(fā)和布局多硅光芯片的400G和800G硅光光2022年收購(gòu)Alpine，深入?yún)⑴c硅提供高速硅光光模塊封裝與測(cè)試設(shè)備，在硅基光芯片方面可提供鏡檢、測(cè)試及2020年公司已推出高性價(jià)比的400G數(shù)據(jù)通信硅光模塊解決方案：400GQSFP-DDDR4TSV等先進(jìn)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)光電芯片高度集成，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車電子公司與Rockley合作布局硅光業(yè)務(wù)，2017年兩者共同成立江蘇亨通洛克利生產(chǎn)硅光塊，2020年亨通洛克利發(fā)布第一款樣品版400GQSFP-DDDR4硅光光模塊，2量產(chǎn)版400GQSFP-DDDR4硅光光模塊，并且基于硅光子技術(shù)成功推出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)公司與Elenion、海信寬帶在硅光領(lǐng)域深入合作，2019年推出基于硅光模塊，但公司主要從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)角度研究和規(guī)劃模塊技術(shù)，并 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明35/56Cisco等均有在近年OFC展上推出CPO原型機(jī)，不斷實(shí)現(xiàn)交換容量的提升和功耗的支持每個(gè)chiplet上8根光纖的64個(gè)光通道的高速光通信；Broadcom在“OFC2022”會(huì)Ranovus在“OFC2021”會(huì)議上發(fā)布了Odin品牌模擬驅(qū)動(dòng)CPO2.0架構(gòu)，該架單芯片解決方案，實(shí)現(xiàn)了40%的功耗降低和成本節(jié)約；Ranovus在“OFC2023”上Marvell在“OFC2022”會(huì)議上展 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明36/56推出了配備CPO光學(xué)器件的下一代交換芯片系列，第一款25.6TH請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明37/56光引擎，OCP2022上展示了CPO進(jìn)展，并宣布與騰訊和銳捷建立戰(zhàn)路合作伙伴關(guān)SiGeEIC構(gòu)成，采用內(nèi)置光源，整體封裝上基于TSV工藝通過(guò)基板互連，系統(tǒng)光互toEnableNextGenerattoEnableNextGenerat（64x100GbpsFR4）連接，其中PIC上請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明38/56資料來(lái)源：ManishMehta《AnAIComputeASICwithOpticalAttachto資料來(lái)源：ManishMehta《AnAICompute 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明39/56接。由于銅纜信號(hào)無(wú)法滿足不斷增長(zhǎng)的帶寬需求，硅光子學(xué)將成為未來(lái)數(shù)據(jù)中心的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。TSMC的緊湊型通用光子引擎（子集成電路（PIC）上，形成EIC-on-PIC結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以在模波長(zhǎng)兼容性、高效的光電轉(zhuǎn)換以及可擴(kuò)展性和靈活性等特點(diǎn)，使得它能夠支持多種光互聯(lián)應(yīng)用，并滿足不同應(yīng)用的需求。OSFP可插拔設(shè)備中，兩倍于當(dāng)前基于銅的以太網(wǎng)解決方案的最高速率。第一代資料來(lái)源：KevinZhang《TSMC2024NorthAmericaTSMC作為全球知名的晶圓廠供應(yīng)商，其封裝技術(shù)的主要特點(diǎn)之一，是能夠在基礎(chǔ)芯片上堆疊異構(gòu)芯片，從而實(shí)現(xiàn)更好的集成度和性能水平。通過(guò)利用混合鍵合 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明40/56力，TSMC在OIP2024生態(tài)系統(tǒng)論壇上進(jìn)一步展示了其供應(yīng)商目前擁有的支持這一合作的制程技術(shù)從45nm延伸到7nm，為相關(guān)工藝提供更加先進(jìn)的支持。而且還計(jì)劃大幅降低硅光子技術(shù)的功耗，通過(guò)解決互連性、電源和可擴(kuò)展性方面的Nvidia等大客戶共同開發(fā)硅光芯片技術(shù)，有望集合各方的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資源，推動(dòng)硅光芯片的規(guī)模量產(chǎn)，并對(duì)硅光電子市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。圖63：TSMC供應(yīng)商支持的COUPE設(shè)計(jì)工具學(xué)家BillDally在GTC2020上介紹了其上的“AcceleratorClusters:theNewSupercomputer”演講 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明41/56不同的設(shè)備連接具有不同的帶寬和功耗，挑戰(zhàn)在于如何將它們有機(jī)地組合在一起，需要同時(shí)考慮功率、成本、密度和連接距離等因素，通過(guò)這些尺寸測(cè)量，CPO偏移所消耗的能量就越低，CPODWDM方案的目本相似，具有與有源電纜相當(dāng)?shù)母采w范圍，并提供與調(diào)制后的信號(hào)導(dǎo)入接收端芯片，接收端包含光電二極管及跨阻放大器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明42/56環(huán)調(diào)制器、波導(dǎo)、耦合器，EIC放置于PIC之上，和交換芯片連接含發(fā)射端的微環(huán)調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)器、序列化器等，以及接收端的跨阻放大器、解序列資料來(lái)源：BillDally《AcceleratorClusters:theNew請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明43/56Labs的技術(shù)，為未來(lái)的NVIDIA產(chǎn)品開發(fā)由高帶寬、低延遲和超低功耗基于光學(xué)的互連實(shí)現(xiàn)的橫向擴(kuò)展架構(gòu)。兩家公司計(jì)劃共同加速光學(xué)I/O技術(shù)的開發(fā)和采用，以支持AI和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)量的快速增長(zhǎng)。調(diào)制器，利用多個(gè)波長(zhǎng)攜帶信號(hào)來(lái)提高帶寬密 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明44/56景下，交換機(jī)作為光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，隨著全球AI的高速發(fā)展，AI集群規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，AI集群網(wǎng)絡(luò)對(duì)組網(wǎng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)帶寬資料來(lái)源：MartinVallo《Co-packag產(chǎn)業(yè)開始步入算力中心階段，根據(jù)Cisco數(shù)據(jù)，2010-2022年全間內(nèi)將互聯(lián)速度提升一倍，數(shù)據(jù)中心交換芯片的演化角度來(lái)看，目前進(jìn)入每?jī)赡攴?行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明45/56在數(shù)據(jù)中心里，包括前端網(wǎng)絡(luò)和后端網(wǎng)絡(luò)，以及內(nèi)部計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：在或NVSwtich芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互聯(lián)，GPU模組通過(guò)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的通信。因此相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，AI服務(wù)器組網(wǎng)增加后端網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)（BackEnd增加了每臺(tái)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)量，拉動(dòng)對(duì)高速交換機(jī)、網(wǎng)卡、光模塊、光纖光纜等組件的需求。 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明46/56數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，帶動(dòng)集群規(guī)模從百卡、千卡拓展至萬(wàn)卡、十萬(wàn)卡，對(duì)于超節(jié)點(diǎn)及超大卡間互聯(lián)帶寬，通過(guò)高速互聯(lián)總線將更多算力芯片互聯(lián)，提升單服務(wù)器算力性能；通過(guò)引入更多服務(wù)器再搭配高速交換機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，提升單機(jī)柜算力性能，再通過(guò)機(jī)間互聯(lián)擴(kuò)展至NVL576，提升單個(gè)節(jié)點(diǎn)的算力性能。高互聯(lián)帶寬，支持更多節(jié)點(diǎn)高速互聯(lián)；采用CPO(Co-PackagedOptics)/NPPackagedOptics)、多異構(gòu)芯片C2資料來(lái)源：CharlieKawwas《ENA 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明47/56光電互連采用的板邊光模塊，走線較長(zhǎng)，寄生效應(yīng)明顯，存在信號(hào)完整性問(wèn)題，且模塊的體積較大、互連密度低、多通道功耗較大。共封裝技術(shù)通過(guò)將光收發(fā)單元與相較于可插拔光模塊，帶寬密度提升一個(gè)數(shù)量進(jìn)一步，隨著NVL576進(jìn)一步向著萬(wàn)卡集群組網(wǎng)，以30528GPU集群為例，根 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明48/56的挑戰(zhàn)外，更受集成光學(xué)器件的市場(chǎng)接受度、標(biāo)準(zhǔn)和制造能力的限制。作為光通信芯片堆疊等先進(jìn)封裝中的關(guān)鍵技術(shù)，每種關(guān)鍵技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，比如：TGV的通孔加工、孔填充都有較高的工藝要求，此外還涉及到晶圓減薄，存在潛在的成品率和可靠性的問(wèn)題；減少硅波導(dǎo)的損耗、如何實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)與光纖的有效耦合、如何克服溫度對(duì)于功率和波等交叉學(xué)科的融合和多層級(jí)的跨越，對(duì)仿真提出了更高的要求。目前光子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（PDA）工具能夠提供精確的光子器件仿真，但仿真效率較低，不適合大規(guī)模系統(tǒng)級(jí)仿真，同時(shí)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具大多基于電路級(jí)或系統(tǒng)級(jí)仿真，因此是未來(lái)光電共封裝器件大規(guī)模商業(yè)化的重要條件，可以提高設(shè)計(jì)效率。光-電-熱-力多物理場(chǎng)的跨維度耦合仿真以及芯片-封裝-系統(tǒng)的跨尺寸聯(lián)合仿真將成為仿真領(lǐng)域起，這給良率和測(cè)試帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，同時(shí)光器件和電器件建立在不同的制造工藝技術(shù)上，因此具有不同的測(cè)試要求。共封裝的光學(xué)器件具有較高的通道密度，同樣給測(cè)試帶來(lái)挑戰(zhàn)。 行業(yè)深度報(bào)告請(qǐng)務(wù)必參閱正文后面的信息披露和法律聲明49/56漸從學(xué)術(shù)研究成果轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)需求產(chǎn)品，但在當(dāng)前可插拔光學(xué)器件行業(yè)邏輯下，要成為商業(yè)化主流方案，仍需交換芯片及設(shè)備廠商、各模塊廠商、各元器件廠商和運(yùn)經(jīng)非常成熟，具備成熟工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，它包括分立或集成元件供應(yīng)商、生產(chǎn)發(fā)射器和接收器光學(xué)組件（TOSA和ROSA）的光學(xué)公司、多路復(fù)用器、數(shù)字信號(hào)處理