Teknologi CPO (optik ko-paket) telah ada selama beberapa waktu tetapi masih dalam tahap pengembangan. Andreas Matiss, manajer senior komponen optik dan integrasi di Corning Optical Communications, menjelaskan bagaimana kaca memainkan peran kunci dalam menempatkan konverter elektro-optik berbasis silikon sedekat mungkin dengan prosesor silikon.

Jaringan pusat data berkembang pesat, dan momentum ini telah dipercepat dengan munculnya AI dan penyebaran AI cluster skala besar. Kemajuan terbaru di bidang ini sangat signifikan, terutama dengan penyebaran arsitektur DGX SuperPOD NVIDIA dan cluster TPU Google. Pergeseran ini didorong oleh permintaan komputasi berkinerja tinggi untuk mendukung pelatihan AI dan tugas inferensi. NVIDIA sendiri diperkirakan akan mengirimkan jutaan unit GPU yang dioptimalkan untuk AI setiap tahun dalam lima tahun ke depan, mencapai skala yang signifikan pada tahun 2028.

Jumlah unit transceiver yang diperlukan untuk membangun jaringan ini akan mencapai puluhan juta setiap tahun, dan perangkat ini perlu beroperasi pada kecepatan maksimum 1,6Tbps dan 3,2Tbps. Analis industri memprediksi bahwa setiap akselerator (GPU) akan dilengkapi dengan lebih dari 10 transceiver di masa mendatang, yang berarti bahwa permintaan koneksi serat optik akan meningkat sekitar 10 kali lipat dibandingkan dengan tingkat penyebaran saat ini.

Di pusat data pada umumnya, transceiver Ethernet pluggable standar mengkonsumsi sekitar 20 watt daya. Transceiver generasi berikutnya diperkirakan akan mengkonsumsi daya hampir dua kali lipat. Berdasarkan pengiriman saat ini, diperkirakan sekitar 200 megawatt (MW) daya akan digunakan untuk memberi daya pada transceiver pada tahun 2024. Berdasarkan lintasan pengembangan transceiver dan peningkatan sepuluh kali lipat yang diharapkan dalam permintaan konektivitas optik, penyebaran daya transceiver diproyeksikan akan meningkat menjadi 2 gigawatt (GW) per tahun, setara dengan daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir besar. Ini tidak termasuk daya yang diperlukan untuk memberi daya pada elektronik sisi host dan retimer listrik yang digunakan untuk mengirimkan data dari sirkuit terpadu ke transceiver di front end perangkat.

Sebagai contoh, untuk pusat data AI yang dilengkapi dengan satu juta GPU, pengenalan teknologi CPO dapat menghemat pusat data sekitar 150 megawatt kapasitas pembangkit listrik. Selain mengurangi investasi yang diperlukan untuk membangun fasilitas pembangkit listrik yang sesuai, teknologi ini juga secara signifikan mengurangi biaya operasional—tergantung pada perbedaan harga energi regional, penghematan listrik tahunan dapat dengan mudah melebihi €100 juta. Di China, dengan kemajuan inisiatif "Komputasi Timur-Barat", permintaan interkoneksi optik berbandwidth tinggi dan berdaya rendah meningkat pesat di pusat superkomputer (seperti Wuxi Sunway TaihuLight) dan pusat komputasi cerdas (seperti cluster komputasi AI di Beijing dan Shenzhen). Teknologi CPO diharapkan menjadi kunci untuk mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan efisiensi untuk GPU yang diproduksi di dalam negeri. Menghadapi tren konsumsi energi yang tidak berkelanjutan ini, inovasi sangatlah penting.

Pengenalan teknologi CPO

CPO adalah teknologi yang paling mungkin untuk mengatasi hambatan konsumsi energi ini dalam jangka pendek. Teknologi ini memindahkan modul konversi elektro-optik dari transceiver di panel depan ke bagian dalam perangkat, idealnya mengintegrasikannya langsung ke substrat paket CPU atau GPU. Hal ini meminimalkan kehilangan daya di saluran tembaga, menghasilkan tautan yang lebih hemat energi. Dibandingkan dengan transceiver pluggable, konsumsi daya dapat dikurangi lebih dari 50%, dan dalam beberapa kasus, hingga 75%. Keunggulan penghematan energi ini dicapai tidak hanya dengan mengurangi penggunaan saluran tembaga yang hilang tinggi tetapi juga dengan menyederhanakan atau bahkan menghilangkan prosesor sinyal digital (DSP) yang diperlukan untuk mengkompensasi kehilangan transmisi sinyal listrik.

Singkatnya, teknologi CPO menawarkan konektivitas optik berkecepatan tinggi, berdaya rendah, dan latensi rendah. Karakteristik ini adalah kunci untuk jaringan AI canggih.

Alternatif penghematan energi lainnya yang patut dipertimbangkan adalah Modul Optik Pluggable Linier (LPO). Dengan menghilangkan chip DSP, ia mengurangi konsumsi daya dan latensi sambil mempertahankan faktor bentuk dan ekosistem transceiver pluggable panel depan. Sementara CPO menawarkan integritas sinyal yang lebih baik dan latensi yang lebih rendah, LPO lebih hemat biaya, terutama untuk aplikasi jangkauan pendek. Efektivitas biaya dan konsumsi daya rendah LPO, dikombinasikan dengan waktu ke pasar yang cepat, dapat menunda adopsi teknologi CPO secara luas.

Namun, seiring dengan peningkatan kecepatan tautan menjadi 200G dan lebih tinggi, LPO mengkonsumsi lebih banyak daya daripada CPO dan menjadi jauh lebih sulit untuk dikelola guna memastikan kualitas sinyal yang tinggi. Seiring dengan kemajuan teknologi, CPO diharapkan menjadi solusi yang disukai di masa mendatang.

Kaca Memberdayakan Teknologi CPO
Kaca diharapkan memainkan peran kunci dalam teknologi CPO generasi berikutnya. Untuk membawa konverter elektro-optik (terutama chip fotonik silikon) sedekat mungkin dengan prosesor silikon yang sebenarnya (CPU dan GPU), diperlukan teknologi pengemasan baru yang tidak hanya mendukung ukuran substrat yang lebih besar tetapi juga memungkinkan konektivitas optik ke chip fotonik silikon.

Pengemasan semikonduktor secara tradisional mengandalkan terutama pada substrat organik. Bahan-bahan ini memiliki koefisien ekspansi termal yang lebih tinggi daripada silikon, membatasi ukuran maksimum paket semikonduktor. Seiring industri terus mendorong substrat paket yang lebih besar pada platform teknologi organik yang ada, masalah keandalan (seperti masalah integritas sambungan solder dan peningkatan risiko delaminasi) dan tantangan manufaktur (seperti struktur interkoneksi pitch halus berkualitas tinggi dan kabel kepadatan tinggi) telah menjadi semakin menonjol, yang mengarah pada peningkatan biaya pengemasan dan pengujian. Namun, melalui desain yang dioptimalkan, kaca dapat mencapai koefisien ekspansi termal yang lebih dekat dengan chip silikon, melampaui substrat organik tradisional. Substrat kaca yang diproses khusus ini menunjukkan stabilitas termal yang luar biasa, mengurangi tekanan mekanis dan kerusakan selama fluktuasi suhu. Kekuatan mekanik dan kerataan yang unggul memberikan fondasi yang kokoh untuk keandalan pengemasan chip. Selain itu, substrat kaca mendukung kepadatan interkoneksi yang lebih tinggi dan pitch yang lebih halus, meningkatkan kinerja listrik dan mengurangi efek parasit. Sifat-sifat ini menjadikan kaca pilihan yang sangat andal dan presisi untuk pengemasan semikonduktor canggih. Akibatnya, industri pengemasan semikonduktor secara aktif mengembangkan teknologi substrat kaca canggih sebagai teknologi substrat generasi berikutnya.

Substrat Pandu Gelombang Kaca
Selain sifat termal dan mekanik yang sangat baik, kaca juga dapat dimanipulasi untuk berfungsi sebagai pandu gelombang optik. Pandu gelombang dalam kaca biasanya dibuat melalui proses yang disebut pertukaran ion: ion dalam kaca digantikan dengan ion yang berbeda dari larutan garam, sehingga mengubah indeks bias kaca. Dengan membatasi cahaya ke wilayah dengan indeks bias yang lebih tinggi, wilayah yang dimodifikasi ini dapat memandu cahaya. Teknik ini memungkinkan penyetelan yang tepat dari sifat pandu gelombang, membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi optik. Akibatnya, dalam pandu gelombang optik dengan struktur seperti serat, cahaya dapat merambat di sepanjang pandu gelombang kaca terintegrasi dan secara efisien digabungkan ke dalam serat optik atau chip fotonik silikon. Hal ini menjadikan kaca sebagai pilihan material yang menarik untuk aplikasi CPO canggih.

Mengintegrasikan interkoneksi listrik dan optik pada substrat yang sama juga membantu mengatasi tantangan kepadatan interkoneksi yang dihadapi perusahaan saat membangun cluster AI besar. Saat ini, jumlah saluran optik dibatasi oleh geometri serat optik—diameter selubung serat optik pada umumnya adalah 127 mikron, sekitar ketebalan rambut manusia. Namun, pandu gelombang kaca memungkinkan pengaturan yang lebih padat, secara signifikan meningkatkan kepadatan input/output (I/O) dibandingkan dengan koneksi serat-ke-chip langsung.

Integrasi interkoneksi listrik dan optik tidak hanya mengatasi masalah kepadatan tetapi juga meningkatkan kinerja dan skalabilitas keseluruhan dari cluster AI. Sifat ringkas dari pandu gelombang kaca memungkinkan lebih banyak saluran optik untuk ditampung dalam ruang fisik yang sama, sehingga meningkatkan kapasitas dan efisiensi transmisi data sistem. Kemajuan ini sangat penting untuk mendorong pengembangan infrastruktur AI generasi berikutnya—dalam skenario di mana sistem AI harus memproses sejumlah besar data, teknologi interkoneksi kepadatan tinggi adalah kunci untuk manajemen yang efisien.

Dengan mengintegrasikan pandu gelombang kaca, sistem optik lengkap dapat dibangun pada substrat yang sama, memungkinkan sirkuit terpadu fotonik untuk berkomunikasi secara langsung melalui pandu gelombang optik. Proses ini menghilangkan kebutuhan akan interkoneksi serat optik dan secara signifikan meningkatkan bandwidth dan jangkauan komunikasi antar-chip. Dalam sistem kepadatan tinggi dengan banyak komponen yang saling terhubung, penggunaan pandu gelombang kaca dapat mencapai kehilangan sinyal yang lebih rendah, kepadatan bandwidth yang lebih tinggi, dan daya tahan yang lebih besar dibandingkan dengan serat optik diskrit. Keunggulan ini menjadikan pandu gelombang kaca pilihan ideal untuk sistem interkoneksi optik berkinerja tinggi.

Menerapkan teknologi CPO ke pusat data generasi berikutnya dan jaringan superkomputer AI dapat meningkatkan bandwidth chip-escape, membuka kemungkinan baru untuk sakelar kecepatan tinggi, radix tinggi 102T dan lebih tinggi. Arsitek jaringan sekarang memiliki kesempatan unik untuk membayangkan kembali dan mendesain ulang arsitektur jaringan. Berkat peningkatan bandwidth dan arsitektur jaringan yang disederhanakan, mereka akan mencapai kinerja jaringan yang unggul, mendorong peningkatan efisiensi operasional dan optimalisasi proses.

Kesimpulan
Teknologi CPO memiliki potensi untuk merevolusi arsitektur interkoneksi AI di berbagai tingkatan. Ini dapat secara signifikan mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan keberlanjutan, membuat sistem AI lebih ramah lingkungan dan hemat biaya. Selain itu, CPO meningkatkan efisiensi dan skalabilitas sistem AI, memungkinkan mereka untuk dengan mudah menangani tugas yang lebih besar dan lebih kompleks. Dengan mengatasi masalah kepadatan, CPO dapat meningkatkan laju transmisi data, memastikan komunikasi yang lebih cepat dan lebih andal antara komponen AI. Ini juga akan membantu mengurangi kemacetan di sistem AI di masa mendatang, memastikan pengoperasian sistem yang lebih lancar dan lebih efisien.

Interkoneksi AI di masa mendatang diharapkan akan memperkenalkan tautan optik langsung, menghilangkan kebutuhan akan sakelar komputasi. Inovasi ini akan memperluas bandwidth untuk tugas AI dan meningkatkan kecepatan dan efisiensi pemrosesan kumpulan data yang besar. Kaca, dengan kemampuan transmisi data dan skalabilitasnya yang unggul, adalah bahan yang ideal untuk memungkinkan kemajuan teknologi ini. Tautan optik berbasis kaca akan menjadi enabler kritis untuk sistem AI generasi berikutnya, membentuk infrastruktur yang sangat diperlukan untuk komputasi berkinerja tinggi dan aplikasi AI canggih.
NEW LIGHT OPTICS  TECHNOLOGY LIMITED akan berusaha untuk memanfaatkan setiap kesempatan dan berkontribusi.