استخدام تقنية التغليف المشترك الكهروضوئي لحل مشكلة نقل البيانات الضخمة - الجزء الأول

استخدامالإلكترونيات الضوئيةتقنية التغليف المشترك لحل مشكلة نقل البيانات الضخمة

مع تطور القدرة الحاسوبية إلى مستويات أعلى، يتزايد حجم البيانات بسرعة، لا سيما مع ازدياد حركة البيانات في مراكز البيانات، مثل نماذج الذكاء الاصطناعي الضخمة والتعلم الآلي، مما يعزز نمو البيانات من البداية إلى النهاية وصولاً إلى المستخدمين. يتطلب نقل هذه البيانات الضخمة بسرعة فائقة نقلها إلى جميع الجهات، وقد تطورت سرعة نقل البيانات من 100 جيجابت إيثرنت إلى 400 جيجابت إيثرنت، بل وحتى 800 جيجابت إيثرنت، لمواكبة تزايد القدرة الحاسوبية واحتياجات تفاعل البيانات. ومع ارتفاع سرعات نقل البيانات، ازداد تعقيد الأجهزة على مستوى اللوحة بشكل كبير، ولم تعد منافذ الإدخال/الإخراج التقليدية قادرة على تلبية متطلبات نقل الإشارات عالية السرعة من الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) إلى اللوحة الأمامية. في هذا السياق، تبرز الحاجة إلى التغليف المشترك للإلكترونيات الضوئية باستخدام تقنية CPO.

ارتفاع الطلب على معالجة البيانات، كبير مسؤولي العملياتالإلكترونيات الضوئيةاهتمام مشترك

في نظام الاتصالات الضوئية، يتم تغليف الوحدة الضوئية وشريحة تبديل الشبكة (AISC) بشكل منفصل، ووحدة بصريةيتم توصيله باللوحة الأمامية للمحول في وضع التوصيل. هذا الوضع ليس غريباً، حيث يتم توصيل العديد من منافذ الإدخال/الإخراج التقليدية به. ورغم أن هذا الوضع لا يزال الخيار الأول من الناحية التقنية، إلا أنه يُظهر بعض المشاكل عند معدلات نقل البيانات العالية، حيث سيُحدّ من طول الوصلة بين الجهاز البصري ولوحة الدائرة، وفقدان الإشارة، واستهلاك الطاقة، وجودة الإشارة مع ازدياد الحاجة إلى سرعة معالجة البيانات.

بهدف التغلب على قيود الاتصال التقليدي، بدأ الاهتمام يتزايد بتقنية التغليف المشترك الكهروضوئي CPO. في هذه التقنية، تُغلّف الوحدات الضوئية ورقائق تبديل الشبكة (AISC) معًا وتُوصل عبر وصلات كهربائية قصيرة المدى، مما يحقق تكاملًا كهروضوئيًا مضغوطًا. وتبرز مزايا التغليف المشترك الكهروضوئي CPO من حيث الحجم والوزن، مما يُسهم في تصغير حجم الوحدات الضوئية عالية السرعة. كما تُصبح الوحدة الضوئية ورقائق تبديل الشبكة (AISC) أكثر مركزية على اللوحة، ويُمكن تقليل طول الألياف بشكل كبير، مما يُقلل من الفقد أثناء الإرسال.

بحسب بيانات اختبارات مختبرات أيار، يُمكن لتقنية التغليف الضوئي المشترك CPO أن تُقلل استهلاك الطاقة إلى النصف مقارنةً بالوحدات الضوئية القابلة للتوصيل. ووفقًا لحسابات برودكوم، يُمكن لتقنية CPO توفير حوالي 50% من استهلاك الطاقة في الوحدة الضوئية القابلة للتوصيل بسرعة 400 جيجابت في الثانية، كما تُوفر طاقة أكبر مقارنةً بالوحدة الضوئية القابلة للتوصيل بسرعة 1600 جيجابت في الثانية. يُساهم التصميم المركزي في زيادة كثافة التوصيلات بشكل كبير، وتحسين تأخير الإشارة الكهربائية وتشوهها، وإلغاء قيود سرعة النقل كما هو الحال في الوضع التقليدي للوحدات القابلة للتوصيل.

نقطة أخرى مهمة هي التكلفة؛ فأنظمة الذكاء الاصطناعي والخوادم والمحولات الحالية تتطلب كثافة وسرعة عاليتين للغاية، ويتزايد الطلب عليها بوتيرة متسارعة. وبدون استخدام تقنية التغليف المشترك CPO، يصبح من الضروري استخدام عدد كبير من الموصلات المتطورة لتوصيل الوحدة الضوئية، مما يُكبّد تكلفة باهظة. يُساهم التغليف المشترك CPO في تقليل عدد الموصلات، وبالتالي خفض تكلفة قائمة مكونات النظام (BOM) بشكل كبير. يُعد التغليف المشترك الكهروضوئي CPO الوسيلة الوحيدة لتحقيق شبكة عالية السرعة والنطاق الترددي واستهلاك الطاقة المنخفض. تُتيح هذه التقنية، التي تجمع بين مكونات السيليكون الكهروضوئية والمكونات الإلكترونية، تقريب الوحدة الضوئية قدر الإمكان من شريحة محول الشبكة، مما يُقلل من فقد الإشارة وانقطاع المعاوقة، ويُحسّن بشكل كبير كثافة التوصيلات، ويُوفر الدعم التقني اللازم لاتصال بيانات عالي السرعة في المستقبل.