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最近，人们对光协同封装（CPO: Co-Package Optics）产生了浓厚的兴趣。这可能是因为它是降低功率和增加服务器封装之间带宽的有力候选者之一。2025年2月16日至20日，工业界和学术界在旧金山的ISSCC 2025上发表了多篇与此主题相关的论文。如今，服务器的规模越来越大，尤其是在人工智能领域。世界上有很多人试图建立一个超大规模的服务器群。这不仅使服务器之间的通信数据消耗更大，而且使封装之间的通信数据消耗更大。在这种情况下，CPO技术受到了关注。作者想分享其中的一些努力。
图1 能耗预测（网络设备与数据中心在整体能耗中占比越来越高。）
博通Broadcom的Tomahawk 5 - Baily
首先，Broadcom在受邀行业会议上简要提到了Tomahawk 5(TH5)–Bailly，分享了其51.2Tbps和6pJ/b的功耗效率数据。TH5-Bailly也可以在博通公司的演示展位上观看。Broadcom坚称TH5-Bailly自2023年就已经量产，据悉 TH5-Bailly已向其客户提供样品。但没有提到它何时会在市场上广泛可以购买获得。
图2 TH5-Bailly: 直接驱动光协同封装Direct Drive CPO
图3 TH5-Bailly: 展位现场展示
Intel的直接驱动光学引擎
Intel还发表了一篇题为“基于 0.9pJ/b 108Gb/s PAM4 VCSEL 的直接驱动光学引擎”的论文。该论文讨论了使用4级脉冲幅度调制（PAM4: Pulse Amplitude Modulation 4-Level）方案代替之前提出的不归零（NRZ: Non-Return-to-Zero）调制方案来改善带宽和功耗。此外，Intel通过使用3D打印聚合物波导代替机械光学接口(MOI: Mechanical Optical Interface)实现直接光学布线(DOW: Direct Optical Wiring)，展示了外形尺寸方面的进步，实现了1/4的占地面积（11x8平方毫米 vs. 4x6平方毫米）和1/3的高度（3.5毫米 vs. 1毫米）。
Intel坚持认为他们专注于高线性度PAM4光学引擎以获得高带宽。为了实现平坦的宽带响应，设计了复合零（complex-zeor）的连续时间线性均衡器（CTLE: Continuous Time Linear Equalizer），使用重叠电感和分流反馈，实现了小电感面积的高线性度。Intel展示了使用有源复合零CTLE的VCSEL驱动电路和TIA前端电路的设计过程细节。因此，Intel在108Gb/s PAM4中实现了0.9pJ/b的能效。
图4 INTEL: 直接光连线（DOW: Direct Optical Wire）
图5 INTEL: 直接驱动光引擎Direct-Drive Optical Engine
图6 INTEL: (a) VCDRV+VCSEL光学测量, (b) 直接驱动光引擎测量。
并行光学和microLED
密歇根大学电气与计算机工程教授Ehsan Afshari博士的演讲最吸引TechInsights编辑的注意。他的论文“并行与串行：基于MicroLED的D2D通信光收发器”在一个论坛分会Forum Session上发表。他的论文中的关键点是使用uLED代替激光来实现低功耗，并使用并行光学链路来增加带宽。
图7 基于uLED全双工光链路的微观视图
图8 基于uLED全双工光链路的宏观视图
图9 基于uLED的1Tb/s演示芯片
Ehsan Afshari博士展示了采用130nm CMOS工艺实现的32x2Gb/s的结果，并展示了一款演示芯片，该芯片在TSMC N16工艺芯片上结合了304个LED和光电二极管，实现了 1.2Tbps（4Gbps/通道x304通道）带宽，金沙电玩城链路功率小于1pJ/bit。Ehsan Afshari博士的目标明确而简单：针对芯片间或封装间通信，而不是长距离通信。他最后的总结评论是：“去杂货店别坐飞机！”
图10 Ehsan Afshari博士的最后评论
总结
虽然博通和Intel的目标市场与Ehsan Afshari博士的目标市场不同，但他们都以低功耗、高带宽为目标。在这次会议上，TechInsights编辑并没有看到真正的CPO运作。但能感觉到，在现实市场中看到各种CPO的时间不会太长。在GTC 2025上，NVIDIA联合创始人兼首席执行官黄仁勋宣布，NVIDIA的CPO产品将在2025 年下半年出现，即NVIDIA的Quantum-X Photonics和Spectrum-X，它们是基于硅光的网络交换芯片。在实现AI技术的众多技术中，高性能计算和低功耗是最重要的技术。要增强超强AI发展，不仅需要更高性能的计算，而且功耗降低技术也是必不可少的。在不久的将来，像“星际之门Stargate”这样的大型服务器群将会出现，提高性能和降低功耗的努力将继续下去。包括CPO在内的光链路的作用备受期待。
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（来源：TechInsights博客，2025年3月24日，作者：Porter Seo）
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