تطور وتقدم تقنية التغليف المشترك للإلكترونيات الضوئية CPO - الجزء الثاني

تطور وتقدم مكتب المشتريات المركزيالإلكترونيات الضوئيةتقنية التعبئة المشتركة

التغليف المشترك الكهروضوئي ليس تقنية جديدة، إذ يمكن تتبع تطوره إلى ستينيات القرن الماضي، ولكن في الوقت الحالي، يُعد التغليف المشترك الكهروضوئي مجرد حزمة بسيطة منالأجهزة الكهروضوئيةمعًا. بحلول تسعينيات القرن العشرين، مع صعودوحدة الاتصالات الضوئيةفي هذا القطاع، بدأت تقنية التغليف الكهروضوئي المشترك بالظهور. ومع تزايد الطلب على القدرة الحاسوبية العالية وعرض النطاق الترددي العالي هذا العام، حظيت تقنية التغليف الكهروضوئي المشترك، وفروعها التقنية ذات الصلة، باهتمام كبير مرة أخرى.
في تطوير التكنولوجيا، لكل مرحلة أشكال مختلفة، من CPO ثنائي الأبعاد ونصف الذي يتوافق مع طلب 20/50 تيرابايت/ثانية، إلى CPO ثنائي الأبعاد ونصف للرقاقات الذي يتوافق مع طلب 50/100 تيرابايت/ثانية، وأخيراً تحقيق CPO ثلاثي الأبعاد الذي يتوافق مع معدل 100 تيرابايت/ثانية.

تُغلف تقنية CPO ثنائية الأبعاد ونصف (2.5D)وحدة بصريةويتم وضع شريحة تبديل الشبكة على نفس الركيزة لتقليل مسافة الخط وزيادة كثافة منافذ الإدخال/الإخراج، كما تربط تقنية CPO ثلاثية الأبعاد الدائرة المتكاملة الضوئية مباشرةً بالطبقة الوسيطة لتحقيق ترابط بين منافذ الإدخال/الإخراج بمسافة أقل من 50 ميكرومتر. والهدف من هذا التطور واضح تمامًا، وهو تقليل المسافة بين وحدة التحويل الكهروضوئي وشريحة تبديل الشبكة إلى أدنى حد ممكن.
لا تزال تقنية CPO في مراحلها الأولى، وتواجه تحدياتٍ مثل انخفاض الإنتاجية وارتفاع تكاليف الصيانة، كما أن عدد الشركات المصنعة القادرة على توفير منتجات CPO بشكل كامل قليل. فقط شركات Broadcom وMarvell وIntel وعدد محدود من الشركات الأخرى تمتلك حلولاً حصرية في السوق.
طرحت شركة مارفيل العام الماضي مفتاحًا بتقنية CPO ثنائية الأبعاد ونصف باستخدام عملية VIA-LAST. بعد معالجة رقاقة السيليكون الضوئية، تُعالج وصلات TSV باستخدام تقنية OSAT، ثم تُضاف رقاقة التوصيل الكهربائي بتقنية Flip-Chip إلى رقاقة السيليكون الضوئية. يتم توصيل 16 وحدة ضوئية ورقاقة التبديل مارفيل Teralynx7 على لوحة الدوائر المطبوعة لتشكيل مفتاح، مما يتيح معدل تبديل يصل إلى 12.8 تيرابت في الثانية.

في معرض OFC لهذا العام، عرضت شركتا Broadcom و Marvell أيضًا أحدث جيل من رقائق التبديل بسرعة 51.2 تيرابت في الثانية باستخدام تقنية التغليف المشترك الكهروضوئي.
بفضل أحدث جيل من تقنية CPO من Broadcom، تم تحسين عملية تصنيع حزمة CPO ثلاثية الأبعاد لتحقيق كثافة إدخال/إخراج أعلى، واستهلاك طاقة يصل إلى 5.5 واط/800 جيجابت، مما يحقق كفاءة طاقة ممتازة. وفي الوقت نفسه، تنطلق Broadcom بقوة في موجة واحدة بسرعة 200 جيجابت في الثانية و102.4 تيرابت من تقنية CPO.
كما زادت سيسكو استثماراتها في تقنية CPO، وقدمت عرضًا توضيحيًا لمنتج CPO في مؤتمر OFC هذا العام، مُظهرةً تراكم خبرتها في هذه التقنية وتطبيقها على مُضاعِف/مُزيل مُضاعِف أكثر تكاملاً. وأعلنت سيسكو أنها ستُجري تجربةً أوليةً لنشر تقنية CPO في مُبدِّلات بسعة 51.2 تيرابايت، تليها عملية اعتماد واسعة النطاق في دورات مُبدِّلات بسعة 102.4 تيرابايت.
لطالما قدمت شركة إنتل مفاتيح تعتمد على تقنية CPO، وفي السنوات الأخيرة واصلت إنتل العمل مع مختبرات أيار لاستكشاف حلول الربط البيني للإشارات ذات النطاق الترددي العالي والمغلفة بشكل مشترك، مما يمهد الطريق للإنتاج الضخم لأجهزة التغليف الكهروضوئي المشترك وأجهزة الربط البيني البصري.
على الرغم من أن الوحدات القابلة للتوصيل لا تزال الخيار الأول، إلا أن التحسين الشامل في كفاءة الطاقة الذي توفره تقنية التغليف الكهروضوئي (CPO) قد جذب المزيد من المصنّعين. ووفقًا لشركة LightCounting، ستشهد شحنات تقنية التغليف الكهروضوئي (CPO) زيادة ملحوظة بدءًا من منافذ 800G و1.6T، وستصبح متاحة تجاريًا تدريجيًا بين عامي 2024 و2025، لتصل إلى حجم إنتاج كبير بين عامي 2026 و2027. وفي الوقت نفسه، تتوقع CIR أن تصل إيرادات سوق التغليف الكهروضوئي إلى 5.4 مليار دولار أمريكي في عام 2027.

في وقت سابق من هذا العام، أعلنت شركة TSMC أنها ستتعاون مع Broadcom و Nvidia وغيرهما من العملاء الكبار لتطوير تقنية الفوتونيات السيليكونية، ومكونات التغليف البصرية الشائعة CPO وغيرها من المنتجات الجديدة، وتقنية المعالجة من 45 نانومتر إلى 7 نانومتر، وقالت إن أسرع وقت هو النصف الثاني من العام المقبل للبدء في تلبية الطلبات الكبيرة، والوصول إلى مرحلة الإنتاج بكميات كبيرة بحلول عام 2025 أو نحو ذلك.
باعتبارها مجالًا تقنيًا متعدد التخصصات يشمل الأجهزة الضوئية والدوائر المتكاملة والتغليف والنمذجة والمحاكاة، تعكس تقنية التغليف الكهروضوئي المشترك (CPO) التغيرات التي أحدثها الاندماج الكهروضوئي، ولا شك أن هذه التغيرات في نقل البيانات ثورية. ورغم أن تطبيق تقنية CPO قد يقتصر لفترة طويلة على مراكز البيانات الضخمة، إلا أنه مع التوسع المستمر في متطلبات القدرة الحاسوبية العالية وعرض النطاق الترددي الكبير، أصبحت تقنية التغليف الكهروضوئي المشترك (CPO) ساحة منافسة جديدة.
يتضح أن الشركات المصنعة العاملة في مجال التغليف الكهروضوئي المشترك (CPO) تعتقد عمومًا أن عام 2025 سيمثل نقطة تحول رئيسية، حيث سيبلغ معدل نقل البيانات فيه 102.4 تيرابت في الثانية، مما سيؤدي إلى تفاقم عيوب الوحدات القابلة للتوصيل. ورغم أن تطبيقات التغليف الكهروضوئي المشترك قد تظهر ببطء، إلا أن التغليف الكهروضوئي المشترك هو بلا شك السبيل الوحيد لتحقيق شبكات عالية السرعة وذات نطاق ترددي واسع واستهلاك منخفض للطاقة.