都在發力CPO

最近，人們對光協同封裝（CPO: Co-Package Optics）產生了濃厚的興趣。這可能是因為它是降低功率和增加伺服器封裝之間頻寬的有力候選者之一。2025年2月16日至20日，工業界和學術界在舊金山的ISSCC 2025上發表了多篇與此主題相關的論文。如今，伺服器的規模越來越大，尤其是在人工智慧領域。世界上有很多人試圖建立一個超大規模的伺服器群。這不僅使伺服器之間的通訊資料消耗更大，而且使封裝之間的通訊資料消耗更大。在這種情況下，CPO技術受到了關注。作者想分享其中的一些努力。

博通Broadcom的Tomahawk 5 - Baily

首先，Broadcom在受邀行業會議上簡要提到了Tomahawk 5(TH5)–Bailly，分享了其51.2Tbps和6pJ/b的功耗效率資料。TH5-Bailly也可以在博通公司的演示展位上觀看。Broadcom堅稱TH5-Bailly自2023年就已經量產，據悉 TH5-Bailly已向其客戶提供樣品。但沒有提到它何時會在市場上廣泛可以購買獲得。

Intel的直接驅動光學引擎

Intel還發表了一篇題為“基於 0.9pJ/b 108Gb/s PAM4 VCSEL 的直接驅動光學引擎”的論文。該論文討論了使用4級脈衝幅度調製（PAM4: Pulse Amplitude Modulation 4-Level）方案代替之前提出的不歸零（NRZ: Non-Return-to-Zero）調製方案來改善頻寬和功耗。此外，Intel通過使用3D列印聚合物波導代替機械光學介面(MOI: Mechanical Optical Interface)實現直接光學布線(DOW: Direct Optical Wiring)，展示了外形尺寸方面的進步，實現了1/4的佔地面積（11x8平方毫米 vs. 4x6平方毫米）和1/3的高度（3.5毫米 vs. 1毫米）。

Intel堅持認為他們專注於高線性度PAM4光學引擎以獲得高頻寬。為了實現平坦的寬頻響應，設計了復合零（complex-zeor）的連續時間線性均衡器（CTLE: Continuous Time Linear Equalizer），使用重疊電感和分流反饋，實現了小電感面積的高線性度。Intel展示了使用有源復合零CTLE的VCSEL驅動電路和TIA前端電路的設計過程細節。因此，Intel在108Gb/s PAM4中實現了0.9pJ/b的能效。

平行光學和microLED

密歇根大學電氣與電腦工程教授Ehsan Afshari博士的演講最吸引TechInsights編輯的注意。他的論文“平行與序列：基於MicroLED的D2D通訊光收發器”在一個論壇分會Forum Session上發表。他的論文中的關鍵點是使用uLED代替雷射來實現低功耗，並使用平行光學鏈路來增加頻寬。

Ehsan Afshari博士展示了採用130nm CMOS工藝實現的32x2Gb/s的結果，並展示了一款演示晶片，該晶片在TSMC N16工藝晶片上結合了304個LED和光電二極體，實現了 1.2Tbps（4Gbps/通道x304通道）頻寬，鏈路功率小於1pJ/bit。Ehsan Afshari博士的目標明確而簡單：針對晶片間或封裝間通訊，而不是長距離通訊。他最後的總結評論是：“去雜貨店別坐飛機！”

總結

雖然博通和Intel的目標市場與Ehsan Afshari博士的目標市場不同，但他們都以低功耗、高頻寬為目標。在這次會議上，TechInsights編輯並沒有看到真正的CPO運作。但能感覺到，在現實市場中看到各種CPO的時間不會太長。在GTC 2025上，NVIDIA聯合創始人兼首席執行長黃仁勳宣佈，NVIDIA的CPO產品將在2025 年下半年出現，即NVIDIA的Quantum-X Photonics和Spectrum-X，它們是基於矽光的網路交換晶片。在實現AI技術的眾多技術中，高性能計算和低功耗是最重要的技術。要增強超強AI發展，不僅需要更高性能的計算，而且功耗降低技術也是必不可少的。在不久的將來，像“星際之門Stargate”這樣的大型伺服器群將會出現，提高性能和降低功耗的努力將繼續下去。包括CPO在內的光鏈路的作用備受期待。 (半導體行業觀察)