CPO vs NPO vs XPO: Arquitectura, energía, enfriamiento y mantenimiento en la óptica del centro de datos de IA

Los clústeres de IA están obligando a escalar simultáneamente el ancho de banda del conmutador, el recuento de carriles ópticos, la densidad del panel frontal y la potencia del sistema. A medida que aumentan las tarifas de los carriles eléctricos, la conexión entre un conmutador ASIC y sus interfaces ópticas se vuelve cada vez más difícil de diseñar. Los canales de PCB más largos introducen más pérdidas y, a menudo, requieren una ecualización, reprogramación o procesamiento de señales digitales más fuertes.

CPO, NPO y XPO abordan este problema mediante tres estrategias diferentes de colocación de motores ópticos:

• CPOmueve la conversión óptica al entorno de nivel de paquete del conmutador ASIC.

• ONGColoca los motores ópticos cerca del ASIC pero los mantiene en la PCB host.

• XPOconserva un módulo enchufable en el panel frontal al tiempo que aumenta la densidad del carril eléctrico e introduce refrigeración líquida a nivel de módulo.

Su objetivo común es reducir las limitaciones creadas por la transmisión eléctrica de alta velocidad. Sin embargo, cada arquitectura distribuye la energía, el calor, el riesgo de embalaje, la conectividad de fibra y la responsabilidad de mantenimiento de manera diferente.

¿Qué son CPO, NPO y XPO?

CPO coloca los motores ópticos dentro del entorno de nivel de paquete del ASIC anfitrión, NPO los monta en la PCB del sistema cerca del ASIC y XPO conserva un módulo conectable en el panel frontal de alta densidad. La principal compensación es entre el alcance eléctrico, la integración del paquete, el diseño térmico y la capacidad de servicio en campo.

ElMarco OIF CEI-448Gdefine CPO como un dispositivo eléctrico a óptico montado en el paquete host. Define NPO como un dispositivo montado en la PCB del host adyacente al silicio del host para minimizar los rastros de la PCB y los requisitos de señalización eléctrica.

Colocación del motor óptico CPO, NPO y XPO

Descripciones como “CPO en escala micrométrica”, “NPO en escala centimétrica” y “conectables en escala decimétrica” pueden ser útiles como ilustraciones conceptuales, pero no son límites de especificación universal. La distancia física depende del paquete, la placa, el conector y el diseño del chasis.

El objetivo compartido: acortar el camino eléctrico

En un conmutador convencional, el ASIC está ubicado en la placa del sistema mientras que los transceptores ópticos están instalados en el panel frontal. Las señales eléctricas de alta velocidad deben viajar a través de las transiciones del paquete, las trazas de PCB, las vías, los conectores y la interfaz eléctrica del módulo antes de que se produzca la conversión óptica.

A velocidades de datos más altas, este canal se vuelve más difícil de gestionar. La pérdida dieléctrica, las reflexiones, la diafonía y las discontinuidades de impedancia reducen el margen de la señal. El sistema puede compensar mediante una ecualización más fuerte del transmisor y el receptor, recuperación del reloj, reprogramación, corrección de errores directos o un módulo DSP reprogramado.

Acercar el motor óptico al ASIC acorta la parte eléctrica del enlace. De este modo, se puede cubrir una mayor distancia física ópticamente en lugar de a través de trazas de PCB de alta velocidad.

Tres modelos de colocación de motores ópticos

• CPO:La conversión óptica se produce dentro del conjunto a nivel de paquete.

• OSFL:La conversión óptica se produce en la PCB host cerca del paquete.

• XPO:La conversión óptica permanece dentro de un módulo reemplazable del panel frontal.

Esta decisión de ubicación influye en la pérdida eléctrica del sistema, la distribución de energía, la estructura de enfriamiento, el enrutamiento de la fibra, el proceso de fabricación y la estrategia de reparación.

Por qué es importante el alcance eléctrico en los interruptores de alta velocidad

Cómo las rutas eléctricas más cortas reducen la carga del acondicionamiento de señales

El enlace eléctrico entre un ASIC y un motor óptico consume parte de la integridad de la señal, la potencia y los presupuestos térmicos del sistema.

A medida que aumentan las tarifas de los carriles, la transmisión de PCB se vuelve cada vez más sensible a:

• Longitud de la traza

• Ruta de escape de paquetes

• Pérdida dieléctrica del tablero

• Vías y transiciones de conectores.

• Diafonía

• Pérdida de devolución

• Capacidad de ecualización

Un canal más largo generalmente requiere una mayor compensación. Esa compensación consume energía y genera calor, a menudo en áreas donde el flujo de aire y el espacio del panel ya son limitados.

Pérdida de canal de PCB, ecualización y potencia

Un módulo óptico convencional puede contener un DSP que recupera y reprograma la señal eléctrica antes de la transmisión óptica. Esto crea un límite de módulo robusto, pero también agrega energía dentro del transceptor.

Un camino eléctrico más corto puede soportar otras disposiciones de interfaz:

• Óptica lineal, donde queda más acondicionamiento de señal en el ASIC anfitrión

• Óptica semireprogramada, donde solo se vuelve a programar una parte de la interfaz

• Óptica totalmente reprogramada, donde el módulo proporciona un límite de reprogramación completo

El diseño preferido depende de la capacidad del host SerDes, la pérdida de canal, los requisitos de interoperabilidad, el alcance óptico, los límites térmicos y el riesgo de implementación aceptable.

Por lo tanto, la cuestión de ingeniería relevante no es simplemente si hay un DSP presente. Es:

¿Dónde están ubicadas las funciones de ecualización, retemporización, recuperación de reloj y FEC y qué canal eléctrico deben compensar?

Por qué los enlaces eléctricos más cortos no crean automáticamente un mejor sistema

Reducir el alcance eléctrico mejora una parte del diseño pero puede complicar otras.

• Concentrar calor adicional alrededor de la fuente térmica más grande del sistema.

• Aumente el tamaño del paquete y la complejidad del sustrato

• Hacer que los motores ópticos sean más difíciles de reemplazar

• Combinar el rendimiento del motor óptico con el rendimiento del paquete

• Aumentar la densidad de la fibra interna.

• Requiere una alineación más precisa de fibra a chip

• Pruebas complicadas a nivel de paquete

Por lo tanto, CPO, NPO y XPO son formas diferentes de distribuir las restricciones de ingeniería en lugar de eliminarlas.

Arquitectura CPO: motores ópticos dentro del paquete ASIC

Óptica empaquetadacoloca los motores ópticos dentro del entorno de nivel de paquete del conmutador ASIC. En lugar de encaminar todos los carriles eléctricos de alta velocidad al panel frontal, el sistema realiza una conversión óptica cerca del ASIC y transporta las señales hacia el panel a través de fibra.

Esta es la más agresiva de las tres arquitecturas a la hora de reducir el alcance eléctrico.

Integración física con embalaje 2,5D y 3D

El CPO suele asociarse con envases 2,5D y 3D, pero estos términos no son intercambiables con el CPO.

• Un interruptor ASIC

• Múltiples motores ópticos

• Dispositivos de fotónica de silicio

• Controladores y receptores eléctricos.

• Paquete de sustratos o intercaladores

• Estructuras de unión de fibras

• Esparcidores térmicos o placas frías

No es necesario fabricar el motor óptico en el mismo chip semiconductor que el ASIC. Se pueden integrar chips electrónicos y fotónicos separados dentro del mismo conjunto a nivel de paquete.

ElMarco de co-envasado de la OIFdescribe conjuntos empaquetados conjuntamente que contienen ASIC conectados o soldados y motores ópticos o eléctricos sobre un sustrato de alto rendimiento. También analiza una disposición cercana al paquete con enchufe destinada a mejorar la flexibilidad de ensamblaje y retrabajo.

El ancho de banda de CPO es específico de la implementación

CPO es una arquitectura de integración en lugar de una clase de ancho de banda fijo.

ElAcuerdo de implementación del módulo empaquetado conjunto OIF de 3,2 Tb/sdefine un bloque de construcción de 3,2 Tb/s para conjuntos de interruptores de 51,2 Tb/s. Sus variantes ópticas incluyen configuraciones de fibra paralela y multiplexación de longitud de onda, mientras que el mismo concepto mecánico también puede admitir un módulo de conexión de cobre pasivo.

Este módulo de 3.2T es una implementación estandarizada. Esto no significa que cada motor de CPO deba funcionar a 3,2 Tbps o que el CPO esté permanentemente limitado a un rango de ancho de banda.

• Recuento de carriles eléctricos

• Velocidad de datos por carril

• Recuento de longitud de onda óptica

• Formato de modulación

• Partición del motor

• recuento de fibras

• Topología del paquete

Beneficios de potencia y latencia

La principal ventaja energética del CPO proviene de acortar la conexión eléctrica de alta velocidad entre el ASIC y el motor óptico.

• Controladores eléctricos de alto oscilación.

• Fuerte ecualización de recepción

• Retemporizadores intermedios

• Procesamiento DSP de módulo completo

• Etapas FEC adicionales

El beneficio total depende de la arquitectura base. La energía ahorrada en la interfaz ASIC a óptica no debe presentarse automáticamente como el mismo porcentaje de la energía total del interruptor.

• El interruptor ASIC

• Moduladores y receptores ópticos.

• Fuentes láser

• Conversión de voltaje

• Bombas de refrigeración y ventiladores.

• Electrónica de gestión

• Hardware del plano de control

CPO también puede reducir la latencia de la interfaz cuando elimina o simplifica las etapas de reprogramación y procesamiento de señales. No existe una cifra de latencia de CPO universal porque el resultado depende de si la medición cubre la interfaz eléctrica, el motor óptico, FEC, el enlace óptico completo, la tubería de conmutación o la red de extremo a extremo.

Límites de capacidad de servicio, rendimiento y fallas

Los módulos enchufables tradicionales crean un límite de mantenimiento claro. Un módulo fallido se puede quitar del panel frontal sin reemplazar el interruptor ASIC.

CPO cambia ese límite.

Un motor óptico soldado puede resultar difícil de reemplazar después del ensamblaje del paquete. Por lo tanto, una falla dentro de un paquete estrechamente integrado puede ampliar el dominio de reemplazo y aumentar el costo de reparación.

Esto no significa que cada falla óptica requiera que se descarte el ASIC. La capacidad de servicio depende de si el diseño utiliza:

• Motores ópticos soldados

• Motores ópticos enchufados

• Láseres externos reemplazables

• Redundancia de canales

• Redundancia del motor

• Reelaboración a nivel de paquete

• Reparación en depósito en lugar de reparación en campo

Los motores con enchufe pueden mejorar el retrabajo de fabricación, pero siguen siendo menos accesibles que los transceptores de panel frontal. Por lo tanto, el diseño debe considerar tanto el rendimiento de fabricación inicial como la confiabilidad en servicio a largo plazo.

Arquitectura del paquete CPO con fuente láser externa

Fuentes láser externas como compromiso térmico y de mantenimiento

Los láseres son componentes sensibles a la temperatura. Ubicarlos junto a un ASIC de alta potencia puede complicar el diseño térmico y reducir el margen de confiabilidad disponible.

Una arquitectura de láser externo separa la fuente láser de onda continua del motor óptico. La energía óptica se entrega a través de fibra a los moduladores dentro del conjunto empaquetado, mientras que el láser permanece en una ubicación más fría y accesible.

ElAcuerdo de implementación del ELSFP de la OIFdefine elLáser externo de factor de forma pequeño conectablecomo fuente reemplazable en campo de luz de onda continua para transceptores ópticos empaquetados dentro de un sistema. Utiliza una conexión electroóptica ciega y está destinado principalmente a aplicaciones de CPO.

• Separación del entorno térmico del láser del paquete ASIC

• Reemplazo independiente de una fuente de luz defectuosa.

• Enfriamiento por láser simplificado

• Gestión centralizada de energía óptica

• Posible reutilización o actualización de módulos láser.

También crea requisitos para la distribución de energía óptica, la limpieza de los conectores, los enclavamientos de seguridad, la redundancia y el monitoreo.

ELSFP no es otro nombre para XPO. ELSFP suministra energía óptica externa a motores empaquetados, mientras que XPO define una arquitectura óptica enchufable diferente.

Arquitectura NPO: motores ópticos cerca del ASIC pero fuera del paquete

Óptica casi empaquetadacoloca los motores ópticos en la PCB host cerca del conmutador ASIC pero fuera del paquete ASIC.

NPO acorta el alcance eléctrico al tiempo que mantiene una mayor separación física entre el motor óptico y el paquete anfitrión.

Arquitectura de motor óptico a nivel de placa NPO

Colocación a nivel de placa y alcance eléctrico intermedio

• Al lado del ASIC

• Alrededor del perímetro de la estructura de refrigeración ASIC.

• En una placa hija cercana

• En un conjunto conectorizado interno.

• Dentro de un zócalo a nivel de placa

La ubicación exacta y el método de fijación dependen de la implementación.

En comparación con la óptica del panel frontal, NPO reduce el alcance de la PCB. En comparación con el CPO, las señales eléctricas aún cruzan los límites del paquete ASIC y viajan a través de parte de la PCB principal.

Por lo tanto, NPO conserva algunas limitaciones del canal eléctrico y al mismo tiempo evita algunos riesgos de integración a nivel de paquete.

Separación y reparabilidad óptico-eléctrica

Debido a que el motor óptico permanece fuera del paquete ASIC, NPO puede proporcionar un dominio de falla más pequeño que un ensamblaje CPO estrechamente integrado.

Un motor óptico defectuoso se puede reemplazar sin reemplazar el interruptor ASIC. Sin embargo, esto no debe confundirse con el intercambio en caliente del panel frontal.

• Apertura del chasis

• Quitar un disipador de calor o una placa fría

• Desconexión de fibras internas

• Liberación de un conector o zócalo interno

• Reemplazo de una placa hija

• Realizar retrabajo a nivel de tablero

Por lo tanto, NPO es más separable que CPO pero menos accesible que XPO o un módulo de panel frontal convencional.

Ventajas de embalaje y refrigeración sobre CPO

NPO evita colocar cada motor óptico directamente dentro del paquete host. Esto puede reducir la presión sobre:

• Área paquete-sustrato

• Accesorio óptico a nivel de paquete

• Montaje del paquete

• Rendimiento del paquete acoplado

• Reelaboración del paquete

También puede proporcionar mayor libertad para establecer rutas térmicas separadas para el ASIC y los motores ópticos.

• Refrigeración por aire

• Difusores de calor conductivos

• Disipadores de calor montados en placa

• Sistema de placas frias

• Refrigeración líquida a nivel de chasis

NPO todavía requiere una fabricación sofisticada. La placa anfitriona debe integrar enlaces eléctricos cortos de alta velocidad, motores ópticos, fibras internas, suministro de energía, estructuras térmicas y acceso a servicios dentro de un área restringida.

Límites de las OSFL

NPO no acorta el camino eléctrico tan agresivamente como CPO. Por lo tanto, puede requerir una ecualización o reprogramación más fuerte que un motor óptico a nivel de paquete.

• El paquete ASIC

• Rastros de PCB del host

• Conectores intermedios

• Colocación del motor

• Tarifa de carril eléctrico

• Diseño térmico

• Enrutamiento interno de fibra

NPO no debe definirse por un ancho de banda agregado fijo. Su capacidad depende de la cantidad de carriles eléctricos, la velocidad de datos por carril, el plan de longitud de onda óptica y la partición del motor.

NPO como arquitectura intermedia

• El alcance eléctrico del panel frontal se está volviendo demasiado difícil

• La integración total de CPO no es aceptable

• Es posible el servicio interno del motor.

• La integración óptica a nivel de placa está disponible

• El reemplazo en caliente del panel frontal no es esencial

Esto no significa que la NPO deba ser temporal. Puede seguir siendo útil siempre que los diseñadores de sistemas valoren tanto un alcance eléctrico más corto como una independencia parcial del motor óptico.

Arquitectura XPO: reconstrucción del modelo conectable para densidad extrema

XPO significa Óptica enchufable eXtra-densa. Conserva un límite de reemplazo del panel frontal al tiempo que aumenta la densidad del carril eléctrico e introduce refrigeración líquida a nivel del módulo.

El funcionarioXPO MSAestá desarrollando un factor de forma enchufable refrigerado por líquido que admita64 carriles eléctricos de alta velocidad. El MSA está abierto a participantes interesados ​​de forma no discriminatoria.

A diferencia de CPO y NPO, XPO no resuelve principalmente el problema de la distancia eléctrica moviendo la conversión óptica al lado del ASIC. Se centra en aumentar la densidad y la capacidad de refrigeración de un módulo de panel frontal reemplazable.

Módulo enchufable refrigerado por líquido XPO

Capacidad de conexión del panel frontal e integración a nivel de módulo

Se puede acceder a un módulo XPO desde el panel frontal.

• Reemplazo de módulo independiente

• Servicio de campo

• Ciclos de vida separados del interruptor y de la óptica

• Inventario a nivel de módulo

• Selección flexible de alcance óptico

• Aislamiento de fallas más claro

El costo es un límite de módulo más grande y complejo. XPO debe acomodar una gran cantidad de carriles eléctricos, una entrega de energía sustancial, una conectividad óptica densa, administración de módulos, refrigeración líquida y un mecanismo confiable de inserción y expulsión.

Qué significan 64 carriles eléctricos para el diseño de sistemas

Actualmente, XPO MSA identifica una interfaz eléctrica de 64 carriles. La capacidad óptica agregada dependerá de la velocidad de señalización final por carril, el método de modulación, la codificación, la arquitectura de reprogramación y la implementación óptica.

• Densidad del conector eléctrico

• Enrutamiento de escape de la PCB del host

• Entrega de energía del módulo

• Carga térmica

• Control y diagnóstico del módulo.

• Recuento de transmisores y receptores ópticos.

• Mapeo de fibra o longitud de onda

Hasta que se publique la especificación MSA completa, el ancho de banda exacto del módulo, los límites de potencia, las asignaciones de conectores y las dimensiones mecánicas deben tratarse como especificaciones XPO dependientes de la implementación y no como especificaciones universales.

Refrigeración líquida integrada

XPO coloca refrigeración líquida dentro de la arquitectura del módulo enchufable.

Este es un cambio fundamental con respecto a los módulos convencionales refrigerados por aire. El sistema de refrigeración debe funcionar junto con:

• contactos electricos

• Interfaces ópticas

• Retención del módulo

• Conexiones de gestión

• Procedimientos de inserción y extracción.

• Acceso al servicio

La refrigeración líquida introduce requisitos de ingeniería adicionales, que incluyen:

• Conexiones de fluidos confiables

• Prevención y detección de fugas

• Alineación de compañero ciego

• Compatibilidad con refrigerante

• Control de caída de presión

• Fuerza de inserción del módulo

• Procedimientos de mantenimiento

La interfaz de refrigeración pasa a formar parte del modelo de servicio del módulo y no solo del chasis del conmutador.

XPO no significa que se pueda conectar un láser externo

La expansión oficial de XPO esÓptica enchufable extradensa.

Se puede utilizar un láser externo en una implementación óptica particular, pero no es la característica definitoria de XPO.

El término estandarizado correcto para el láser externo reemplazable utilizado principalmente con CPO esELSFPo Láser externo de factor de forma pequeño conectable.

Beneficios de capacidad de servicio y complejidad adicional

XPO proporciona el modelo de reemplazo de campo más claro entre las tres arquitecturas.

Un módulo fallido se puede quitar del panel frontal sin reemplazar el interruptor ASIC ni acceder a un motor óptico interno.

Sin embargo, la capacidad de conexión de los sistemas refrigerados por líquido es mecánicamente más exigente que la sustitución de módulos convencionales. Es posible que sea necesario conectar y desconectar un diseño completo:

• Carriles eléctricos de alta velocidad

• Contactos de potencia

• Señales de gestión

• Fibras ópticas

• Puertos de refrigeración líquida

• Funciones de retención mecánica

Todas las interfaces deben seguir siendo confiables durante ciclos repetidos de inserción y extracción.

CPO, NPO y XPO: comparación de ingeniería en paralelo

Ubicación de integración y distancia eléctrica

CPO proporciona el camino eléctrico más corto al colocar la conversión óptica dentro del entorno a nivel de paquete.

NPO permite un camino más largo entre el paquete y un motor montado en placa cercano.

XPO conserva la conexión eléctrica entre el ASIC y el módulo del panel frontal.

La distancia real varía según la implementación, por lo que los nombres de las arquitecturas no deben convertirse en especificaciones universales de longitud física.

Compensaciones de energía, refrigeración e integridad de la señal

El CPO ofrece el mayor potencial para reducir la energía de la interfaz eléctrica, pero crea la mayor concentración térmica alrededor del paquete ASIC.

NPO proporciona una mayor separación entre el ASIC y los motores ópticos y al mismo tiempo reduce el alcance de la PCB.

XPO preserva el reemplazo del módulo pero concentra una funcionalidad sustancial y calor dentro del factor de forma del panel frontal.

Límites de capacidad de servicio y fallas

El límite de reemplazo difiere significativamente:

• CPO:conjunto de paquete o motor óptico interno

• OSFL:motor interno, zócalo o placa hija

• XPO:módulo del panel frontal

Los ingenieros deben evaluar no sólo si un componente es técnicamente reemplazable, sino también dónde se realiza la reparación, qué herramientas se requieren y qué parte del sistema debe retirarse de servicio.

Complejidad del embalaje y propiedad de la fabricación

• Embalaje de semiconductores

• Fotónica de silicio

• Sustratos de paquete

• Accesorio óptico

• Diseño térmico a nivel de paquete

• Diseño de placa host

• Interfaces eléctricas cortas

• Accesorio interno del motor óptico

• Enrutamiento de fibra

• Refrigeración a nivel de placa

• Embalaje de módulos de alta densidad

• Integración de refrigeración líquida

• Entrega de energía de alta corriente

• Interfaces eléctricas y ópticas densas.

• Mecánica del panel frontal

Cómo cambia el ecosistema manufacturero

CPO: Embalaje avanzado y fotónica de silicio

CPO requiere una estrecha coordinación entre el diseño de ASIC, la integración fotónica, el diseño de sustratos, el embalaje eléctrico, la conexión óptica, la gestión térmica y las pruebas.

Se deben gestionar varios dominios de rendimiento juntos. Un conjunto completo puede contener un interruptor ASIC de alto valor, varios motores ópticos, circuitos integrados fotónicos, controladores, receptores, acopladores de fibra y estructuras de enfriamiento.

Las pruebas de troqueles en buen estado, los motores conectados, los láseres externos, la redundancia y los diagnósticos a nivel de paquete pueden reducir el riesgo, pero también añaden costos y complejidad.

NPO: Integración de placa y alineación óptica interna

NPO mantiene el motor óptico fuera del paquete mientras lo mueve dentro del interruptor.

Las prioridades de fabricación incluyen canales cortos de PCB, transiciones eléctricas de bajas pérdidas, conectores internos del motor, enrutamiento de fibra, enfriamiento a nivel de placa, alineación óptica, acceso al servicio y capacidad de prueba del motor.

NPO reduce algunas restricciones a nivel de paquete pero crea una placa de sistema más especializada.

XPO: Integración de módulos y refrigeración líquida

XPO conserva el módulo óptico como un producto separado, pero las capacidades requeridas van más allá de los conectores enchufables convencionales.

El módulo debe combinar una interfaz eléctrica con un alto número de carriles, suministro de energía sustancial, refrigeración líquida, conectividad óptica densa, gestión de módulos y capacidad de servicio mecánico.

El desafío central es preservar un límite de módulo reemplazable y al mismo tiempo integrar significativamente más funcionalidad eléctrica, óptica y térmica en ese límite.

Implicaciones para MPO, conjuntos de fibras y acoplamiento óptico a nivel de chip

CPO, NPO y XPO no eliminan la necesidad de conectividad de fibra. Cambian dónde se produce la conexión y qué densidad, precisión y características mecánicas se requieren.

Cómo CPO, NPO y XPO cambian la conectividad de fibra

XPO y conectividad multifibra de alta densidad

Una interfaz eléctrica enchufable de 64 carriles crea una gran necesidad de enrutamiento óptico organizado y de alta densidad.

• Multiplexación de longitud de onda

• Arquitectura dúplex

• Modulación óptica

• Alcanzar

• Mapeo de carriles

• Diseño de conector

Las consideraciones relevantes sobre conectores y cables incluyen:

• Huella del conector

• Polaridad de la fibra

• Pérdida de inserción y retorno.

• Acceso de limpieza

• Dirección de salida del cable

• Ruta alrededor de la estructura de enfriamiento.

• Tensión mecánica durante el reemplazo.

• Retención del conector

Las interfaces tipo MPO se adaptan bien a la conectividad multifibra estandarizada, pero la configuración final del conector debe seguir la especificación XPO completa y la implementación óptica.

Requisitos térmicos y mecánicos en torno a módulos enfriados por líquido

Los conjuntos de fibra cerca de un módulo refrigerado por líquido deben coexistir con puertos de fluido, placas frías, contactos de alimentación, conectores eléctricos de alta velocidad, mecanismos eyectores y estructuras de retención del panel frontal.

• Gestión del radio de curvatura

• Enrutamiento de cables

• Accesibilidad del conector

• Bucles de servicio

• Alivio de tensión

• Expansión térmica

• Juego mecánico

No se deben asumir clases de temperatura universales o requisitos de material de cubierta antes de que estén disponibles las especificaciones finales del módulo y del sistema.

Conexiones ópticas de cambio CPO y NPO dentro del conmutador

Cuando los motores ópticos se acercan al ASIC, parte de la conexión óptica previamente contenida dentro de un transceptor del panel frontal se convierte en una interconexión óptica interna.

• Arneses internos de fibra

• Conectores multifibra compactos

• Unidades de matriz de fibras

• Estructuras de enrutamiento de bajo perfil

• Coletas de motor óptico

• Conjuntos de acoplamiento a nivel de chip

CPO puede requerir interfaces ópticas más pequeñas o más compatibles con el paquete que los conectores de panel frontal convencionales. La interfaz preferida depende del espacio disponible, el número de fibras, el presupuesto de pérdidas, la capacidad de servicio y el proceso de ensamblaje.

Matrices de fibras, ranuras en V y microlentes

Amatriz de fibrasposiciona múltiples fibras en un paso controlado para que puedan acoplarse a un circuito integrado fotónico.

Aranura en VLa estructura localiza mecánicamente las fibras y ayuda a mantener su alineación relativa.

Aconjunto de microlentespuede enfocar, colimar o remodelar haces ópticos entre las fibras y el chip fotónico.

• Acoplamiento de borde

• Acoplamiento de rejilla

• Interfaces de haz expandido

• Conexiones ópticas extraíbles

• Unidades de conjunto de fibras conectadas permanentemente

La tolerancia de alineación requerida y el rendimiento de acoplamiento dependen del modo óptico, la estructura de la guía de ondas, la geometría de la lente, el material de fijación y la temperatura de funcionamiento.

Acoplamiento de matriz de fibras, ranura en V y microlentes a un chip fotónico de silicio

Cómo elegir entre CPO, NPO y XPO

Ninguna arquitectura es óptima para cada conmutador.

Elija por rendimiento eléctrico y presupuesto de energía

El CPO es el candidato más fuerte cuando el requisito dominante es minimizar el alcance eléctrico y la potencia de la interfaz.

NPO es relevante cuando se debe acortar la ruta eléctrica pero la integración a nivel de paquete no es aceptable.

XPO es apropiado cuando se prioriza la capacidad de servicio del panel frontal y una mayor densidad de conexión por encima de la distancia eléctrica mínima.

Elija por capacidad de servicio

XPO proporciona el modelo de reemplazo más directo para operadores que requieren un inventario de ópticas independiente y un servicio de campo rápido.

NPO puede ser adecuado cuando se puede realizar el reemplazo interno del motor durante el mantenimiento programado del chasis.

CPO requiere un análisis cuidadoso de la reparación del paquete, la redundancia del motor, la ubicación del láser y el costo de reemplazo.

Elija según la preparación para el enfriamiento

CPO requiere la capacidad de eliminar el calor de los componentes ópticos y eléctricos concentrados alrededor del paquete ASIC.

NPO requiere rutas térmicas efectivas para motores ópticos montados en placas internas.

XPO requiere una infraestructura de refrigeración líquida e interfaces de fluidos fiables en el límite del módulo.

Elija por capacidad de fabricación

El CPO depende en gran medida del empaquetado fotónico y de semiconductores avanzados.

NPO depende del diseño de placa especializado, la integración interna del motor óptico y la alineación de la fibra.

XPO depende del diseño de módulos refrigerados por líquido, conectividad eléctrica densa, entrega de alta potencia e interfaces multifibra.

Lista de verificación de decisiones de ingeniería

Antes de seleccionar una arquitectura, confirme:

• Alcance eléctrico requerido de ASIC a óptica

• Pérdida máxima de canal

• Presupuesto total de energía del sistema

• Arquitectura de refrigeración

• Estrategia de sustitución del motor óptico

• Dominio de falla aceptable

• Capacidad de fabricación de paquetes y tableros.

• Espacio interno de enrutamiento de fibra

• Densidad del conector

• Requisitos de alineación óptica

• Estrategia de prueba y retrabajo

• Ciclos esperados de actualización de interruptores y ópticas.

Malentendidos comunes sobre CPO, NPO y XPO

No son tres niveles de ancho de banda

CPO, NPO y XPO describen arquitecturas de ubicación e integración.

Su ancho de banda agregado depende del número de carriles, la velocidad de datos por carril, la arquitectura de longitud de onda, el formato de modulación y la generación del sistema.

Acercar la óptica no elimina todos los problemas

Un alcance eléctrico más corto puede reducir la pérdida de canal y la potencia de acondicionamiento de la señal, pero puede aumentar la complejidad del paquete, la concentración térmica, el acoplamiento de rendimiento y el costo de mantenimiento.

El camino eléctrico más corto no es automáticamente el sistema de menor riesgo.

NPO no es automáticamente intercambiable en caliente

NPO separa el motor óptico del paquete ASIC, pero el motor normalmente permanece dentro del chasis.

El reemplazo independiente no debe confundirse con el intercambio en caliente del panel frontal.

CPO no siempre requiere reemplazar el ASIC después de una falla óptica

El límite de falla depende de si los motores ópticos están soldados, enchufados, redundantes o reparables de forma independiente.

El CPO requiere menos mantenimiento en campo que la óptica del panel frontal, pero su modelo de reparación exacto es específico de la implementación.

XPO no significa que se pueda conectar un láser externo

XPO significaÓptica enchufable extradensa.

ELSFP es el término separado para unLáser externo de factor de forma pequeño conectablefuente utilizada principalmente con sistemas ópticos empaquetados conjuntamente.

¿Coexistirán CPO, NPO y óptica enchufable?

Las tres arquitecturas resuelven diferentes combinaciones de problemas, por lo que la coexistencia es técnicamente plausible.

CPO ofrece el camino eléctrico más corto y el más alto nivel de integración de paquetes.

NPO reduce el alcance de la PCB al tiempo que preserva una mayor separación entre el ASIC y los motores ópticos.

XPO conserva un módulo de panel frontal reemplazable en el campo al tiempo que aumenta la densidad del carril eléctrico y la capacidad de refrigeración.

Su adopción dependerá de algo más que el ancho de banda. Las variables importantes incluyen:

• Potencia de interfaz

• Potencia total del sistema

• Infraestructura de refrigeración

• Rendimiento del embalaje

• Fiabilidad del motor óptico

• Requisitos de mantenimiento de campo

• Densidad de fibra interna

• Tecnología de conectores

• Costo de fabricación

• Escala de implementación

El CPO no debe tratarse como un criterio de valoración universal predeterminado. Las NPO pueden seguir siendo útiles cuando tanto la proximidad como la capacidad de servicio interna son importantes. XPO puede resultar atractivo cuando se dispone de refrigeración líquida y los operadores desean conservar un modelo de mantenimiento enchufable.

El resultado probable es un conjunto más amplio de arquitecturas ópticas adaptadas a diferentes diseños de conmutadores, capas de red, sistemas de refrigeración y prioridades operativas.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la principal diferencia entre CPO, NPO y XPO?

La principal diferencia es la ubicación del motor óptico. CPO coloca el motor dentro del entorno de nivel de paquete ASIC, NPO lo coloca en la PCB del sistema cerca del ASIC y XPO lo mantiene en un módulo enchufable refrigerado por líquido en el panel frontal.

¿Por qué el CPO puede reducir la energía en comparación con las ópticas enchufables del panel frontal?

CPO acorta la conexión eléctrica entre el ASIC y el punto de conversión óptica. Esto puede reducir la carga de ecualización, reprogramación, potencia de accionamiento y procesamiento de señales. El beneficio total del sistema depende de la interfaz eléctrica y de la línea base de comparación.

¿Se puede reemplazar un motor óptico CPO de forma independiente?

Depende del diseño del paquete. Los motores con casquillo pueden permitir reelaboraciones de fabricación o reemplazos especializados, mientras que los motores soldados son más difíciles de mantener. Normalmente, ninguno de los dos proporciona la misma accesibilidad que un módulo del panel frontal.

¿NPO es intercambiable en caliente?

No necesariamente. Los motores NPO permanecen dentro del conmutador y pueden requerir acceso al chasis, extracción de componentes de refrigeración, desconexión de fibra interna o servicio a nivel de placa.

¿Qué significa XPO?

XPO significaÓptica enchufable extradensa. XPO MSA está desarrollando un factor de forma enchufable refrigerado por líquido que admite 64 carriles eléctricos de alta velocidad.

¿Cómo afectarán estas arquitecturas a los conectores MPO y a los conjuntos de fibra?

XPO respalda la demanda continua de conectividad multifibra densa en el panel frontal. CPO y NPO mueven más enrutamiento óptico dentro del conmutador, lo que aumenta la importancia de los conjuntos de fibras compactos, arneses internos, alineación de ranuras en V, microlentes e interfaces ópticas compatibles con paquetes.