自ChatGPT推出以來，用戶規(guī)模持續(xù)高速增長，計(jì)算需求暴漲，算力的價(jià)值得到了再次重構(gòu)。

硅光模塊中的CPO作為優(yōu)化算力成本的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?br style="white-space: normal; color: rgb(102, 102, 102); font-family: 宋體; font-size: 12px;"/>
共封裝光子是業(yè)界公認(rèn)未來高速率產(chǎn)品形態(tài)，是未來解決高速光電子的熱和功耗問題的最優(yōu)解決方案之一，有望成為產(chǎn)業(yè)競爭的主要著力點(diǎn)。

現(xiàn)階段：CPO略遜可插拔一籌

由于預(yù)算削減，共封裝光學(xué) (CPO：co-packaged optics) 社區(qū)面臨著困難時(shí)期，因?yàn)榭刹灏纹骷╬luggables ）已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn) CPO 所承諾的成本節(jié)約和低功耗。只有當(dāng)可插拔技術(shù)失去動(dòng)力時(shí)，CPO 才會(huì)得到全面部署。至少在接下來的兩代交換機(jī)系統(tǒng)中，它很難與可插拔模塊競爭，而可插拔模塊在很長一段時(shí)間內(nèi)仍然是首選。CPO 最近因其在數(shù)據(jù)中心 (DC) 中的網(wǎng)絡(luò)能效而受到廣泛關(guān)注。我們的分析表明，與 DC 的總功耗相比，網(wǎng)絡(luò)節(jié)省的功耗可以忽略不計(jì)。只有博通、英特爾、Marvell 等少數(shù) CPO 廠商會(huì)將專有解決方案推向市場。為了滿足市場需求并讓最終用戶相信 CPO 的可行性。

最遲到 2029 年，隨著 6.4T 光模塊的到來，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(tǒng)中的多個(gè)技術(shù)障礙預(yù)計(jì)屆時(shí)將得到解決。然而，收發(fā)器行業(yè)正在不斷致力于創(chuàng)新，以推動(dòng)可插拔光學(xué)器件市場的發(fā)展。在 CPO 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的批量出貨之前，可插拔器件將采用聯(lián)合封裝方法，光學(xué)引擎將在高性能計(jì)算和分解的未來系統(tǒng)中獲得更普及。圍繞機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 系統(tǒng)供應(yīng)商 Nvidia 和 HPE 的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，包括 Ayar Labs、Intel、Ranovus、Lightmatter、AMD、GlobalFoundries 等已取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，計(jì)劃在 2024 年至 2026 年間批量出貨產(chǎn)品。

CPO市場產(chǎn)生的收入在 2022 年達(dá)到約 3800 萬美元，預(yù)計(jì)到 2033 年將達(dá)26億美元，2022-2033 年復(fù)合年增長率為 46%。對快速增長的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集大小的預(yù)測表明，數(shù)據(jù)將成為擴(kuò)展 ML 模型的主要瓶頸，因此我們可能會(huì)看到人工智能 (AI) 進(jìn)展放緩。在 ML 硬件中使用光學(xué)輸入/輸出 (I/O) 有助于克服此分析的負(fù)面結(jié)果。這些負(fù)面前景是下一代高性能計(jì)算 (HPC) 系統(tǒng)采用光學(xué)互連的主要驅(qū)動(dòng)力。


商用化即將到來，數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域率先放量

LightCounting在2022年12月報(bào)告中稱，AI對網(wǎng)絡(luò)速率的需求是目前的10倍以上，在這一背景下，CPO有望將現(xiàn)有可插拔光模塊架構(gòu)的功耗降低50%，將有效解決高速高密度互聯(lián)傳輸場景。

CIR表示，基于CPO的設(shè)備最初將用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，2023年超大型數(shù)據(jù)中心CPO設(shè)備收入將占CPO市場總收入80%。此外CPO將在一年左右的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入其他類型的數(shù)據(jù)中心，未來將進(jìn)一步在邊緣和城域網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算和傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮更多優(yōu)勢。

LightCounting認(rèn)為，CPO出貨量預(yù)計(jì)將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規(guī)模上量，主要應(yīng)用于超大型云服務(wù)商的數(shù)通短距場景。CIR預(yù)計(jì)到2027年，共封裝光學(xué)的市場收入將達(dá)到54 億美元。

根據(jù)Cisco數(shù)據(jù)，在高算力背景下交換機(jī)交換芯片、光模塊功耗增長迅速，傳統(tǒng)可插拔光模塊技術(shù)演進(jìn)難以支撐數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)發(fā)展。

傳統(tǒng)可插拔速率升級可能在1.6T 達(dá)到極限，CPO將成為后續(xù)光模塊的轉(zhuǎn)型方向。遠(yuǎn)期來看可插拔式光模塊受限于能耗指數(shù)級增長，催生CPO等降低功耗技術(shù)路徑研發(fā)需求。

CPO技術(shù)在AI集群和HPC中滲透率將逐步提升，預(yù)計(jì)在2027年部署的800G和1.6T端口中，CPO端口將占到近30%。

根據(jù)LightCounting預(yù)測，未來5年時(shí)間內(nèi)，AI集群與HPC將會(huì)是CPO技術(shù)主要的兩大切入點(diǎn)，其背后的驅(qū)動(dòng)力也是高算力、高帶寬的迫切需求。分速率來看，中期1.6T、長期3.2T光模塊將成為數(shù)通領(lǐng)域CPO市場主要放量產(chǎn)品，數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域光學(xué)I/O有望率先放量。


CPO對半導(dǎo)體行業(yè)的影響

CPO技術(shù)的發(fā)展對半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

首先，CPO技術(shù)提高了半導(dǎo)體芯片的性能，使其能夠處理更大的數(shù)據(jù)量，更高的速度，從而推動(dòng)了通信、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的進(jìn)步。

其次，CPO技術(shù)推動(dòng)了半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新，為下一代光學(xué)設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的可能性。

最后，CPO技術(shù)還有望推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，為其提供新的增長動(dòng)力。