Yole：2033年CPO市場(chǎng)產(chǎn)生的收入將達26億美元

  ICC訊（編譯：Nina）Yole報告數據顯示，2022年，CPO市場(chǎng)產(chǎn)生的收入達到約3800萬(wàn)美元，預計2033年將達到26億美元，2022-2033年復合年增長(cháng)率為46%。對快速增長(cháng)的訓練數據(Training dataset)大小的預測表明，數據將成為擴展ML模型的主要瓶頸，因此我們可能會(huì )看到人工智能(AI)的進(jìn)展放緩。在ML硬件中使用光學(xué)輸入/輸出(I/O)可以幫助克服這種瓶頸。該瓶頸是下一代高性能計算(HPC)系統采用光學(xué)互連的主要驅動(dòng)因素。

  共封裝光學(xué)器件在高性能計算中備受關(guān)注

  在過(guò)去的50年里，移動(dòng)通信每十年出現新一代技術(shù)。移動(dòng)帶寬需求已經(jīng)從語(yǔ)音通話(huà)和短信發(fā)展到超高清(UHD)視頻和各種增強現實(shí)/虛擬現實(shí)(AR/VR)應用。盡管新冠肺炎疫情對電信基礎設施供應鏈產(chǎn)生了深遠影響，但全球消費者和商業(yè)用戶(hù)繼續對網(wǎng)絡(luò )和云服務(wù)產(chǎn)生新的需求。社交網(wǎng)絡(luò )、商務(wù)會(huì )議、超高清視頻流、電子商務(wù)和游戲應用將繼續推動(dòng)增長(cháng)。

  每個(gè)家庭和每個(gè)人連接到互聯(lián)網(wǎng)的設備數量正在增加。隨著(zhù)功能和智能不斷增強的新型數字設備的出現，用戶(hù)每年的采用率都在上升。此外，不斷擴展的機器對機器應用，如智能電表、視頻監控、醫療保健監控、聯(lián)網(wǎng)驅動(dòng)器和自動(dòng)化物流，極大地促進(jìn)了設備和連接的增長(cháng)，并推動(dòng)了數據中心基礎設施的擴張。

  由于服務(wù)提供商預算削減，以及可插拔器件已經(jīng)可以實(shí)現CPO所承諾的成本節約和低功耗，共封裝光學(xué)器件(CPO)市場(chǎng)面臨困難時(shí)期。CPO的全面部署只有在可插拔器件失去勢頭時(shí)才會(huì )發(fā)生。至少在接下來(lái)的兩代交換機系統中，CPO很難與可插拔模塊競爭，因為在很長(cháng)一段時(shí)間內，可插拔模塊仍將是首選。CPO由于其在數據中心(DC)中的網(wǎng)絡(luò )功率效率，最近受到了很多關(guān)注。LC的分析表明，與數據中心的總功耗相比，網(wǎng)絡(luò )節省的功耗可以忽略不計。只有少數幾家CPO廠(chǎng)商，如博通、英特爾、Marvell和其他一些公司，將為市場(chǎng)帶來(lái)專(zhuān)有解決方案。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求并讓最終用戶(hù)相信CPO的可行性，多供應商的商業(yè)模式以及可觀(guān)的成本和功耗節省的驗證是必須的。

  隨著(zhù)6.4T光模塊最晚在2029年的到來(lái)，CPO和可插拔光學(xué)器件之間可能會(huì )發(fā)生激烈的競爭。CPO系統中的多個(gè)技術(shù)障礙預計將在此時(shí)得到解決。然而，收發(fā)器行業(yè)正在不斷創(chuàng )新，以推動(dòng)可插拔光學(xué)器件市場(chǎng)。在CPO系統實(shí)現網(wǎng)絡(luò )應用的批量出貨之前，可插拔將采用共封裝方法，并且光學(xué)引擎將在高性能計算和分解式未來(lái)系統中越來(lái)越受歡迎。行業(yè)生態(tài)系統，包括Ayar Labs、Intel、Ranovus、Lightmatter、AMD、GlobalFoundries和其他圍繞機器學(xué)習(ML)系統供應商Nvidia和HPE的公司，已經(jīng)取得了相當大的進(jìn)展，并計劃在2024年至2026年間批量交付產(chǎn)品。

  Yole報告數據顯示，2022年，CPO市場(chǎng)產(chǎn)生的收入達到約3800萬(wàn)美元，預計2033年將達到26億美元，2022-2033年復合年增長(cháng)率為46%。對快速增長(cháng)的訓練數據(Training dataset)大小的預測表明，數據將成為擴展ML模型的主要瓶頸，因此我們可能會(huì )看到人工智能(AI)的進(jìn)展放緩。在ML硬件中使用光學(xué)輸入/輸出(I/O)可以幫助克服這種瓶頸。該瓶頸是下一代高性能計算(HPC)系統采用光學(xué)互連的主要驅動(dòng)因素。

  光子集成電路使低功耗&低成本光互連的CPO成為可能

  Yole預計800G和1.6T可插拔模塊會(huì )非常受歡迎，因為它們利用了100G和200G單波長(cháng)光學(xué)器件的優(yōu)勢，因此可以在QSFP-DD和OSFP-XD封裝中實(shí)現技術(shù)和成本效益。在所需的電氣和光學(xué)密度、熱管理和能源效率方面，可插拔封裝在支持6.4T和12.8容量方面的能力將受到限制。由于采用離散電氣器件，功耗和熱管理正在成為未來(lái)可插拔光學(xué)的限制因素。使用硅光子學(xué)技術(shù)平臺的共封裝旨在克服上述挑戰。

  光纖離芯片組越來(lái)越近了。使用光將數據引入到集中處理的點(diǎn)是架構設計師的主要目標之一。這一趨勢始于十年前安裝在印刷電路板(PCB)上的光學(xué)組件的專(zhuān)有設計。板載光學(xué)聯(lián)盟(COBO)延續了這些嵌入式光互連(EOI)想法，并制定規范，允許在網(wǎng)絡(luò )設備的制造中使用板載光學(xué)模塊。CPO是一種創(chuàng )新方法，將光學(xué)器件和ASIC緊密結合在一起。在當今的技術(shù)下，用16個(gè)3.2Tbps光模塊環(huán)繞50T交換芯片具有挑戰性，因此近封裝光學(xué)(NPO)通過(guò)使用位于主機板上的高性能PCB基板(一種interposer)來(lái)解決這一問(wèn)題，而CPO則是在多芯片模塊基板上使用模塊環(huán)繞芯片。NPO interposer的空間更大，使芯片和光模塊之間的信號路由更容易，同時(shí)仍能滿(mǎn)足信號完整性要求。相比之下，CPO的模塊和主機ASIC挨得更近，可以實(shí)現更低的信道損耗和更低的功耗。

  隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，通信和計算技術(shù)能夠在商業(yè)系統中更緊密地集成，網(wǎng)絡(luò )硬件正在更多地采用通用組件。此外，人工智能模型的規模正在以前所未有的速度增長(cháng)，傳統架構(基于銅的電氣互連)的芯片到芯片或板到板的能力將成為擴展機器學(xué)習的主要瓶頸。因此，針對高性能計算(HPC)及其新的分解架構，出現了新的極短距離光學(xué)互連。分解設計區分了服務(wù)器卡上的計算、內存和存儲組件，并分別對它們進(jìn)行池化。通過(guò)先進(jìn)的封裝內光學(xué)I/O技術(shù)，將基于光學(xué)的互連用于各種處理單元(xPU)，特別是中央處理單元(CPU)、數據處理單元(DPU)、圖形處理單元(GPU)、現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和ASIC、存儲器和存儲器，可以幫助實(shí)現必要的傳輸速度和帶寬。

  數據中心運營(yíng)商將傾向于經(jīng)過(guò)驗證的低成本和靈活的解決方案

  如今，可插拔光模塊市場(chǎng)供應鏈已經(jīng)建立完善。它包括分立或集成組件供應商、生產(chǎn)發(fā)射器和接收器光學(xué)組件(TOSA和ROSA)、多路復用器、數字信號處理器(DSP)和PCB的光學(xué)公司，以及組裝/測試集成商。這樣一個(gè)多供應商市場(chǎng)模型涉及到許多不同的供應商。此外，多個(gè)不同可插拔模塊可在一個(gè)交換機盒子中實(shí)現互操作也賦予了該行業(yè)靈活性。這些是可插拔技術(shù)相對于CPO的主要優(yōu)勢，而后者將嚴重依賴(lài)于硅光子學(xué)。隨著(zhù)光學(xué)和硅芯片的高度集成，人們將非常需要新的工程能力和晶圓代工廠(chǎng)，這對傳統的中型企業(yè)來(lái)說(shuō)是不可接受的。只有價(jià)值數十億美元的光學(xué)供應商才能負擔得起從可插拔式轉向CPO。

  需要指出的是，盡管主流(主要是大型云運營(yíng)商)部署了高端CPO解決方案，但仍有許多小型企業(yè)數據中心沒(méi)有采用最新的互連技術(shù)，因此技術(shù)之間的交換速度將比較慢。這意味著(zhù)即使CPO成為主流技術(shù)，對于CPO在技術(shù)上或經(jīng)濟上不可行的幾個(gè)應用來(lái)說(shuō)，如長(cháng)途應用和邊緣數據中心，可插拔模塊的需求仍然很高。Yole預計可插拔技術(shù)在未來(lái)10年內不會(huì )被淘汰。然而，可插拔光學(xué)行業(yè)可能會(huì )整合，而CPO市場(chǎng)將形成多供應商的商業(yè)模式。

  2020年，光互聯(lián)和交換設備行業(yè)開(kāi)始了關(guān)于CPO進(jìn)一步發(fā)展的密集而廣泛的討論。此后宣布了幾項戰略合作，并出現了第一個(gè)概念驗證。光互連論壇(OIF)、COBO和多源協(xié)議(MSA)組織等標準組織已經(jīng)建立了內部項目來(lái)創(chuàng )建CPO規范，這就是業(yè)界重視CPO的證據。四大超大規模云運營(yíng)商中的兩家——Meta和微軟——積極支持CPO滲透到他們的云網(wǎng)絡(luò )中。

  2022年，數千臺CPO殷勤開(kāi)始試點(diǎn)測試。今年，我們將看到一些宏觀(guān)經(jīng)濟逆風(fēng)，這將對預算密集型項目產(chǎn)生負面影響，特別是對CPO等新興技術(shù)。最近的新聞表明，大多數主要的CPO支持者已經(jīng)暫停了對CPO計劃的支持。甚至最終用戶(hù)也不再關(guān)注CPO。博通仍然是最后一家CPO供應商。CPO失去吸引力有幾個(gè)原因。第一個(gè)原因是圍繞可插拔的成熟的工業(yè)生態(tài)系統。此外，用于可插拔封裝的新光學(xué)技術(shù)，包括薄膜鈮酸鋰(TFLN)、鈦酸鋇(BTO)、碳和聚合物調制器，可以幫助實(shí)現所需的低功耗，并且可以在不改變現有網(wǎng)絡(luò )系統設計的情況下引入市場(chǎng)。無(wú)論哪種技術(shù)，只要在性能、功率、成本和可制造性方面都是最好的，就可以在市場(chǎng)上蓬勃發(fā)展。

  CPO在A(yíng)I/ML系統中的應用前景有所不同。未來(lái)數以十億計的光互連(芯片-芯片和板-板)的潛力促使大型晶圓代工廠(chǎng)為大規模生產(chǎn)做準備。由于大多數光子學(xué)制造知識產(chǎn)權(IP)由非晶圓代工廠(chǎng)持有，大型晶圓代工廠(chǎng)如Tower Semiconductor/Intel、GlobalFoundries、ASE Group、臺積電和三星等正在準備硅光子學(xué)工藝流程，以接受來(lái)自設計公司的任何光子集成電路(PIC)架構。這些公司都加入了相關(guān)行業(yè)聯(lián)盟，諸如PCIe、CXL和UCIe等。芯片組互連的通用規范允許構建超過(guò)最大標線(xiàn)片尺寸的大型片上系統(SoC)封裝。這允許在同一封裝中混合來(lái)自不同供應商的組件，并通過(guò)使用更小的模具提高制造產(chǎn)量。每個(gè)芯片組可以針對特定的設備類(lèi)型或計算性能/功耗要求使用不同的硅制造工藝。