CPO vs NPO vs XPO: สถาปัตยกรรม, พลังงาน, การเย็นและการบํารุงรักษาใน AI Data Center Optics

คลัสเตอร์ AI กำลังบังคับให้สวิตช์แบนด์วิดท์ จำนวนเลนออปติคัล ความหนาแน่นของแผงด้านหน้า และกำลังของระบบปรับขนาดพร้อมกัน เมื่ออัตราช่องทางไฟฟ้าเพิ่มขึ้น การเชื่อมต่อระหว่างสวิตช์ ASIC และอินเทอร์เฟซแบบออปติคัลจะออกแบบได้ยากขึ้นเรื่อยๆ ช่อง PCB ที่ยาวขึ้นทำให้เกิดการสูญเสียมากขึ้นและมักต้องการการปรับสมดุล การรีไทม์มิ่ง หรือการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

CPO, NPO และ XPO แก้ไขปัญหานี้ผ่านกลยุทธ์การวางตำแหน่งเครื่องยนต์ออปติคัลที่แตกต่างกันสามแบบ:

• ซีพีโอย้ายการแปลงแบบออปติคัลไปยังสภาพแวดล้อมระดับแพ็คเกจของสวิตช์ ASIC

• เอ็นพีโอวางเอ็นจิ้นออปติคัลไว้ใกล้กับ ASIC แต่เก็บไว้บนโฮสต์ PCB

• เอ็กซ์โปยังคงโมดูลที่เสียบได้ที่แผงด้านหน้าไว้ในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นของช่องทางไฟฟ้าและแนะนำการระบายความร้อนด้วยของเหลวระดับโมดูล

วัตถุประสงค์ทั่วไปของพวกเขาคือการลดข้อจำกัดที่เกิดจากการส่งไฟฟ้าความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม สถาปัตยกรรมแต่ละแห่งจะกระจายพลังงาน ความร้อน ความเสี่ยงด้านบรรจุภัณฑ์ การเชื่อมต่อไฟเบอร์ และความรับผิดชอบในการบำรุงรักษาที่แตกต่างกัน

CPO, NPO และ XPO คืออะไร?

CPO วางเอ็นจิ้นออปติคัลไว้ภายในสภาพแวดล้อมระดับแพ็คเกจของโฮสต์ ASIC, NPO ติดตั้งบน PCB ระบบใกล้กับ ASIC และ XPO ยังคงมีโมดูลเสียบได้ที่แผงด้านหน้าที่มีความหนาแน่นสูง ข้อเสียเปรียบหลักคือระหว่างการเข้าถึงระบบไฟฟ้า การรวมบรรจุภัณฑ์ การออกแบบการระบายความร้อน และความสามารถในการให้บริการภาคสนาม

ที่กรอบงาน OIF CEI-448Gกำหนด CPO ให้เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าถึงออปติคอลที่ติดตั้งบนแพ็คเกจโฮสต์ โดยกำหนดให้ NPO เป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนโฮสต์ PCB ที่อยู่ติดกับโฮสต์ซิลิคอน เพื่อลดร่องรอยของ PCB และข้อกำหนดในการส่งสัญญาณไฟฟ้า

CPO กับ NPO กับ XPO การวางตำแหน่งเครื่องยนต์ออปติคอล

คำอธิบาย เช่น "CPO ระดับไมโครมิเตอร์" "NPO ระดับเซนติเมตร" และ "ปลั๊กเสียบได้ระดับเดซิเมตร" อาจมีประโยชน์เป็นภาพประกอบเชิงแนวคิด แต่ไม่ใช่ข้อจำกัดข้อกำหนดสากล ระยะห่างทางกายภาพขึ้นอยู่กับแพ็คเกจ บอร์ด ขั้วต่อ และการออกแบบแชสซี

วัตถุประสงค์ร่วม: ลดเส้นทางไฟฟ้าให้สั้นลง

ในสวิตช์ทั่วไป ASIC จะอยู่บนบอร์ดระบบ ขณะที่ตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลติดตั้งอยู่ที่แผงด้านหน้า สัญญาณไฟฟ้าความเร็วสูงจะต้องเดินทางผ่านการเปลี่ยนแพ็คเกจ รอยทาง PCB จุดเชื่อมต่อ และอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าของโมดูล ก่อนที่จะเกิดการแปลงแบบออปติคัล

ด้วยอัตราข้อมูลที่สูงขึ้น ช่องทางนี้จะจัดการได้ยากขึ้น การสูญเสียอิเล็กทริก การสะท้อน ครอสทอล์ค และความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์จะช่วยลดระยะขอบของสัญญาณ ระบบอาจชดเชยผ่านการปรับสมดุลของตัวส่งและตัวรับที่แรงกว่า การกู้คืนสัญญาณนาฬิกา การตั้งเวลาใหม่ การแก้ไขข้อผิดพลาดในการส่งต่อ หรือโมดูล DSP ที่ตั้งเวลาใหม่

การย้ายออปติคัลเอ็นจิ้นเข้าใกล้ ASIC จะทำให้ส่วนทางไฟฟ้าของลิงค์สั้นลง จึงสามารถครอบคลุมระยะทางทางกายภาพได้มากขึ้น แทนที่จะผ่านการติดตาม PCB ความเร็วสูง

โมเดลการวางตำแหน่งเครื่องยนต์ออปติคัลสามแบบ

• ประธานเจ้าหน้าที่บริหาร:การแปลงแสงเกิดขึ้นภายในชุดประกอบระดับแพ็คเกจ

• เอ็นพีโอ:การแปลงแสงเกิดขึ้นบนโฮสต์ PCB ใกล้กับแพ็คเกจ

• เอ็กซ์โป:การแปลงแสงยังคงอยู่ในโมดูลแผงด้านหน้าที่ถอดเปลี่ยนได้

การตัดสินใจวางตำแหน่งนี้มีอิทธิพลต่อการสูญเสียไฟฟ้า การกระจายพลังงาน โครงสร้างการทำความเย็น การกำหนดเส้นทางไฟเบอร์ กระบวนการผลิต และกลยุทธ์การซ่อมแซมของระบบ

เหตุใดการเข้าถึงทางไฟฟ้าจึงมีความสำคัญในสวิตช์ความเร็วสูง

เส้นทางไฟฟ้าที่สั้นลงช่วยลดภาระในการปรับสภาพสัญญาณได้อย่างไร

การเชื่อมโยงทางไฟฟ้าระหว่าง ASIC และกลไกออปติคอลใช้ส่วนหนึ่งของความสมบูรณ์ของสัญญาณ พลังงาน และงบประมาณด้านความร้อนของระบบ

เมื่ออัตราเลนเพิ่มขึ้น การส่งผ่าน PCB จะมีความไวต่อ:

• ติดตามความยาว

• การกำหนดเส้นทาง Escape ของแพ็คเกจ

• การสูญเสียอิเล็กทริกของบอร์ด

• จุดเปลี่ยนและตัวเชื่อมต่อ

• ครอสทอล์ค

• กลับขาดทุน

• ความสามารถในการปรับสมดุล

โดยทั่วไปแล้วช่องทางที่ยาวกว่านี้จะต้องได้รับค่าตอบแทนมากขึ้น การชดเชยดังกล่าวจะสิ้นเปลืองพลังงานและสร้างความร้อน บ่อยครั้งในพื้นที่ที่การไหลเวียนของอากาศและพื้นที่แผงมีจำกัดอยู่แล้ว

การสูญเสียช่อง PCB การปรับสมดุล และกำลังไฟ

โมดูลออปติคัลแบบเดิมอาจมี DSP ซึ่งจะกู้คืนและรีไทม์สัญญาณไฟฟ้าก่อนการส่งผ่านแสง สิ่งนี้จะสร้างขอบเขตโมดูลที่แข็งแกร่ง แต่ยังเพิ่มพลังงานภายในตัวรับส่งสัญญาณด้วย

เส้นทางไฟฟ้าที่สั้นกว่าอาจรองรับการจัดเตรียมอินเทอร์เฟซอื่นๆ:

• เลนส์เชิงเส้นโดยที่การปรับสภาพสัญญาณยังคงอยู่ในโฮสต์ ASIC มากขึ้น

• เลนส์แบบกึ่งรีไทม์โดยที่อินเทอร์เฟซเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ถูกกำหนดเวลาใหม่

• เลนส์ที่กำหนดเวลาใหม่ทั้งหมดโดยที่โมดูลมีขอบเขตการกำหนดเวลาใหม่ที่สมบูรณ์

การออกแบบที่ต้องการนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถของ SerDes ของโฮสต์ การสูญเสียช่องสัญญาณ ข้อกำหนดในการทำงานร่วมกัน การเข้าถึงด้วยแสง ขีดจำกัดความร้อน และความเสี่ยงในการใช้งานที่ยอมรับได้

คำถามทางวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องจึงไม่ใช่แค่ว่ามี DSP อยู่หรือไม่เท่านั้น มันคือ:

ฟังก์ชันการปรับสมดุล การตั้งเวลาใหม่ การกู้คืนสัญญาณนาฬิกา และฟังก์ชัน FEC อยู่ที่ไหน และฟังก์ชันเหล่านี้ต้องชดเชยช่องสัญญาณไฟฟ้าใด

เหตุใดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่สั้นกว่าจึงไม่สร้างระบบที่ดีขึ้นโดยอัตโนมัติ

การลดการเข้าถึงทางไฟฟ้าช่วยปรับปรุงส่วนหนึ่งของการออกแบบ แต่อาจทำให้ส่วนอื่นๆ ซับซ้อนขึ้น

• รวบรวมความร้อนเพิ่มเติมรอบๆ แหล่งความร้อนที่ใหญ่ที่สุดของระบบ

• เพิ่มขนาดบรรจุภัณฑ์และความซับซ้อนของวัสดุพิมพ์

• ทำให้เครื่องยนต์ออปติคัลเปลี่ยนยากขึ้น

• ผลผลิตเครื่องยนต์ออปติคอลคู่ต่อผลผลิตบรรจุภัณฑ์

• เพิ่มความหนาแน่นของเส้นใยภายใน

• ต้องการการจัดตำแหน่งไฟเบอร์ถึงชิปที่แม่นยำยิ่งขึ้น

• การทดสอบระดับแพ็คเกจที่ซับซ้อน

CPO, NPO และ XPO จึงเป็นวิธีการที่แตกต่างกันในการกระจายข้อจำกัดทางวิศวกรรมมากกว่าการกำจัดข้อจำกัดเหล่านั้น

สถาปัตยกรรม CPO: ออปติคัลเอ็นจิ้นภายในแพ็คเกจ ASIC

เลนส์ร่วมบรรจุภัณฑ์วางเอ็นจิ้นออปติคอลภายในสภาพแวดล้อมระดับแพ็คเกจของสวิตช์ ASIC แทนที่จะกำหนดเส้นทางช่องทางไฟฟ้าความเร็วสูงทุกช่องไปยังแผงด้านหน้า ระบบจะทำการแปลงแสงใกล้กับ ASIC และส่งสัญญาณไปยังแผงผ่านไฟเบอร์

นี่เป็นสถาปัตยกรรมที่ก้าวร้าวที่สุดในสามสถาปัตยกรรมในการลดการเข้าถึงไฟฟ้า

บูรณาการทางกายภาพกับบรรจุภัณฑ์ 2.5D และ 3D

CPO มักเกี่ยวข้องกับบรรจุภัณฑ์ 2.5D และ 3D แต่ข้อกำหนดเหล่านี้ไม่สามารถใช้แทนกันได้กับ CPO

• สวิตช์ ASIC

• เครื่องยนต์ออปติคัลหลายตัว

• อุปกรณ์ซิลิคอนโฟโตนิกส์

• ไดรเวอร์ไฟฟ้าและเครื่องรับ

• วัสดุพิมพ์บรรจุภัณฑ์หรือตัวประสาน

• โครงสร้างการยึดติดด้วยไฟเบอร์

• เครื่องกระจายความร้อนหรือแผ่นเย็น

ออปติคอลเอ็นจิ้นไม่จำเป็นต้องถูกสร้างขึ้นบนดายเซมิคอนดักเตอร์ตัวเดียวกับ ASIC ชิปเล็ตอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกที่แยกกันอาจรวมอยู่ในชุดประกอบระดับแพ็คเกจเดียวกัน

ที่กรอบการทำงานร่วมบรรจุภัณฑ์ OIFอธิบายชุดประกอบแบบบรรจุภัณฑ์ร่วมที่มี ASIC แบบซ็อกเก็ตหรือแบบบัดกรี และเครื่องยนต์แบบออปติกหรือแบบไฟฟ้าบนพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ยังกล่าวถึงการจัดเตรียมซ็อกเก็ตแบบใกล้บรรจุภัณฑ์ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นในการประกอบและการทำงานซ้ำ

แบนด์วิดท์ CPO เป็นการดำเนินการเฉพาะ

CPO เป็นสถาปัตยกรรมบูรณาการมากกว่าคลาสแบนด์วิธคงที่

ที่ข้อตกลงการใช้งานโมดูลแพ็คเกจร่วม OIF 3.2 Tb/sกำหนด Building Block 3.2 Tb/s สำหรับชุดสวิตช์ 51.2 Tb/s รูปแบบออพติคัลประกอบด้วยการกำหนดค่าแบบมัลติเพล็กซ์แบบขนานและความยาวคลื่น ในขณะที่แนวคิดทางกลเดียวกันยังสามารถรองรับโมดูลเชื่อมต่อทองแดงแบบพาสซีฟได้

โมดูล 3.2T นี้เป็นการใช้งานมาตรฐานอย่างหนึ่ง ไม่ได้หมายความว่ากลไก CPO ทุกตัวต้องทำงานที่ 3.2 Tbps หรือ CPO ถูกจำกัดไว้ที่ช่วงแบนด์วิธเดียวอย่างถาวร

• การนับช่องทางไฟฟ้า

• อัตราข้อมูลต่อเลน

• การนับความยาวคลื่นแสง

• รูปแบบการมอดูเลต

• การแบ่งส่วนเครื่องยนต์

• จำนวนไฟเบอร์

• โทโพโลยีแพ็คเกจ

ประโยชน์ด้านพลังงานและความหน่วง

ข้อได้เปรียบด้านพลังงาน CPO หลักมาจากการลดการเชื่อมต่อไฟฟ้าความเร็วสูงระหว่าง ASIC และเครื่องยนต์ออปติคอล

• ตัวขับไฟฟ้าแบบสวิงสูง

• แข็งแกร่งรับความเท่าเทียมกัน

• ตัวจับเวลาระดับกลาง

• การประมวลผล DSP แบบโมดูลเต็มรูปแบบ

• ขั้นตอน FEC เพิ่มเติม

ประโยชน์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมพื้นฐาน พลังงานที่ประหยัดได้จากอินเทอร์เฟซ ASIC-to-optics ไม่ควรแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์เดียวกันของพลังงานสวิตช์ทั้งหมดโดยอัตโนมัติ

• สวิตช์ ASIC

• ตัวปรับและตัวรับแสง

• แหล่งกำเนิดเลเซอร์

• การแปลงแรงดันไฟฟ้า

• ปั๊มระบายความร้อนและพัดลม

• การจัดการอิเล็กทรอนิกส์

• ฮาร์ดแวร์ระนาบควบคุม

CPO ยังสามารถลดเวลาแฝงของอินเทอร์เฟซได้ เมื่อลบหรือทำให้ขั้นตอนการประมวลผลสัญญาณและกำหนดเวลาใหม่ง่ายขึ้น ไม่มีตัวเลขเวลาแฝงของ CPO ที่เป็นสากล เนื่องจากผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับว่าการวัดครอบคลุมอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า เครื่องยนต์แบบออปติคัล FEC ลิงก์แบบออปติคอลที่สมบูรณ์ ไปป์ไลน์สวิตช์ หรือเครือข่ายจากต้นทางถึงปลายทาง

ความสามารถในการให้บริการ ผลผลิต และขอบเขตความล้มเหลว

โมดูลแบบเสียบได้แบบดั้งเดิมสร้างขอบเขตการบำรุงรักษาที่ชัดเจน โมดูลที่ล้มเหลวสามารถถอดออกจากแผงด้านหน้าได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนสวิตช์ ASIC

CPO เปลี่ยนแปลงขอบเขตนั้น

ออปติคอลเอ็นจิ้นแบบบัดกรีอาจเปลี่ยนได้ยากหลังการประกอบแพ็คเกจ ความล้มเหลวภายในแพ็คเกจที่ผสานรวมอย่างแน่นหนาสามารถขยายโดเมนทดแทนและเพิ่มต้นทุนการซ่อมแซมได้

นี่ไม่ได้หมายความว่าความล้มเหลวทางแสงทุกครั้งจะต้องทิ้ง ASIC ความสามารถในการให้บริการขึ้นอยู่กับว่าการออกแบบใช้:

• เครื่องยนต์ออปติคอลบัดกรี

• เครื่องยนต์ออปติคัลแบบซ็อกเก็ต

• เลเซอร์ภายนอกที่ถอดเปลี่ยนได้

• ความซ้ำซ้อนของช่องสัญญาณ

• ความซ้ำซ้อนของเครื่องยนต์

• การปรับปรุงระดับแพ็คเกจ

• การซ่อมแซมอู่มากกว่าการซ่อมแซมภาคสนาม

เครื่องยนต์แบบซ็อกเก็ตสามารถปรับปรุงการทำงานซ้ำในการผลิตได้ แต่ยังคงเข้าถึงได้น้อยกว่าตัวรับส่งสัญญาณที่แผงด้านหน้า การออกแบบจึงต้องคำนึงถึงทั้งผลผลิตเริ่มต้นและความน่าเชื่อถือในการให้บริการในระยะยาว

สถาปัตยกรรมแพ็คเกจ CPO พร้อมแหล่งกำเนิดเลเซอร์ภายนอก

แหล่งกำเนิดเลเซอร์ภายนอกเป็นข้อประนีประนอมด้านความร้อนและการบำรุงรักษา

เลเซอร์เป็นส่วนประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิ การวางตำแหน่งไว้ใกล้กับ ASIC กำลังสูงอาจทำให้การออกแบบการระบายความร้อนซับซ้อนขึ้น และลดขอบเขตความน่าเชื่อถือที่มีอยู่

สถาปัตยกรรมเลเซอร์ภายนอกแยกแหล่งกำเนิดเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องออกจากกลไกออปติคอล พลังงานแสงจะถูกส่งผ่านไฟเบอร์ไปยังโมดูเลเตอร์ภายในชุดประกอบที่บรรจุร่วม ในขณะที่เลเซอร์ยังคงอยู่ในตำแหน่งที่เย็นกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่า

ที่ข้อตกลงการดำเนินงาน OIF ELSFPกำหนดเลเซอร์ภายนอกขนาดเล็กแบบเสียบได้เป็นแหล่งกำเนิดแสงคลื่นต่อเนื่องที่สามารถเปลี่ยนสนามได้สำหรับตัวรับส่งสัญญาณแสงที่บรรจุร่วมภายในระบบ ใช้การเชื่อมต่อแบบออปติกไฟฟ้าแบบ blind-mate และมีไว้สำหรับการใช้งาน CPO เป็นหลัก

• การแยกสภาพแวดล้อมความร้อนด้วยเลเซอร์ออกจากแพ็คเกจ ASIC

• การเปลี่ยนแหล่งกำเนิดแสงที่เสียโดยอิสระ

• การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์แบบง่าย

• การจัดการพลังงานแสงแบบรวมศูนย์

• การใช้ซ้ำหรือการอัพเกรดโมดูลเลเซอร์ที่เป็นไปได้

นอกจากนี้ยังสร้างข้อกำหนดสำหรับการกระจายพลังงานแสง ความสะอาดของตัวเชื่อมต่อ อินเตอร์ล็อคด้านความปลอดภัย ความซ้ำซ้อน และการตรวจสอบ

ELSFP ไม่ใช่อีกชื่อหนึ่งของ XPO ELSFP จ่ายพลังงานแสงภายนอกให้กับเครื่องยนต์แบบแพ็คเกจร่วม ในขณะที่ XPO กำหนดสถาปัตยกรรมออปติคัลแบบเสียบได้ที่แตกต่างกัน

สถาปัตยกรรม NPO: ออปติคอลเอ็นจิ้นใกล้กับ ASIC แต่อยู่นอกแพ็คเกจ

เลนส์ใกล้บรรจุวางเอ็นจิ้นออปติคัลบนโฮสต์ PCB ใกล้กับสวิตช์ ASIC แต่อยู่นอกแพ็คเกจ ASIC

NPO ช่วยลดระยะการเข้าถึงทางไฟฟ้าในขณะที่ยังคงรักษาการแยกทางกายภาพระหว่างออปติคอลเอ็นจิ้นและแพ็คเกจโฮสต์ให้มากขึ้น

สถาปัตยกรรมเอ็นจิ้นออปติคัลระดับคณะกรรมการ NPO

การจัดตำแหน่งระดับคณะกรรมการและการเข้าถึงไฟฟ้าระดับกลาง

• ข้าง ASIC

• รอบปริมณฑลของโครงสร้างระบายความร้อน ASIC

• บนกระดานลูกลูกใกล้เคียง

• ในชุดประกอบที่มีการเชื่อมต่อภายใน

• ภายในซ็อกเก็ตระดับบอร์ด

วิธีการจัดวางและการแนบที่แน่นอนนั้นขึ้นอยู่กับการใช้งาน

เมื่อเปรียบเทียบกับเลนส์ที่แผงด้านหน้า NPO จะลดการเข้าถึง PCB เมื่อเปรียบเทียบกับ CPO แล้ว สัญญาณไฟฟ้ายังคงข้ามขอบเขตแพ็คเกจ ASIC และเคลื่อนที่ผ่านส่วนหนึ่งของโฮสต์ PCB

ดังนั้น NPO จึงยังคงมีข้อจำกัดด้านช่องสัญญาณไฟฟ้าอยู่บ้าง ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการรวมระบบในระดับแพ็คเกจ

การแยกแสงและไฟฟ้าและความสามารถในการซ่อมแซม

เนื่องจากกลไกออปติคัลยังคงอยู่นอกแพ็คเกจ ASIC NPO จึงสามารถให้โดเมนความล้มเหลวที่เล็กกว่าชุดประกอบ CPO ที่ผสานรวมอย่างแน่นหนา

ออปติคัลเอ็นจิ้นที่ล้มเหลวสามารถเปลี่ยนได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนสวิตช์ ASIC อย่างไรก็ตาม ไม่ควรสับสนกับการสลับระหว่างแผงด้านหน้าแบบ Hot Swap

• การเปิดแชสซี

• การถอดแผงระบายความร้อนหรือแผ่นทำความเย็น

• การตัดการเชื่อมต่อเส้นใยภายใน

• การปลดขั้วต่อหรือซ็อกเก็ตภายใน

• การเปลี่ยนบอร์ดลูกสาว

• การดำเนินการปรับปรุงระดับคณะกรรมการ

NPO จึงสามารถแยกออกจากกันได้มากกว่า CPO แต่เข้าถึงได้น้อยกว่า XPO หรือโมดูลแผงด้านหน้าแบบทั่วไป

ข้อดีของการบรรจุและการทำความเย็นเหนือ CPO

NPO หลีกเลี่ยงการวางออปติคัลเอ็นจิ้นทุกตัวไว้ในแพ็คเกจโฮสต์โดยตรง วิธีนี้สามารถลดแรงกดดันต่อ:

• พื้นที่บรรจุภัณฑ์-พื้นผิว

• อุปกรณ์เสริมแบบออปติคัลระดับแพ็คเกจ

• ประกอบบรรจุภัณฑ์

• ผลผลิตแพ็คเกจคู่

• การปรับปรุงแพ็คเกจ

นอกจากนี้ยังสามารถให้อิสระมากขึ้นในการสร้างเส้นทางระบายความร้อนแยกสำหรับเครื่องยนต์ ASIC และออปติคอล

• ระบายความร้อนด้วยอากาศ

• เครื่องกระจายความร้อนแบบนำไฟฟ้า

• แผงระบายความร้อนที่ติดตั้งบนบอร์ด

• ระบบแผ่นเย็น

• การระบายความร้อนด้วยของเหลวระดับแชสซี

NPO ยังคงต้องการการผลิตที่มีความซับซ้อน บอร์ดโฮสต์ต้องรวมการเชื่อมต่อไฟฟ้าความเร็วสูงระยะสั้น เครื่องยนต์แบบออปติก ไฟเบอร์ภายใน ระบบส่งกำลัง โครงสร้างระบายความร้อน และการเข้าถึงบริการภายในพื้นที่จำกัด

ข้อจำกัดของ NPO

NPO ไม่ได้ตัดเส้นทางไฟฟ้าให้สั้นลงมากเท่ากับ CPO ดังนั้นจึงอาจต้องมีการปรับสมดุลหรือกำหนดเวลาใหม่ให้มากกว่ากลไกออปติคัลระดับแพ็คเกจ

• แพ็คเกจ ASIC

• ร่องรอย PCB ของโฮสต์

• ขั้วต่อระดับกลาง

• ตำแหน่งเครื่องยนต์

• อัตราช่องทางไฟฟ้า

• การออกแบบระบายความร้อน

• การกำหนดเส้นทางไฟเบอร์ภายใน

NPO ไม่ควรถูกกำหนดโดยแบนด์วิธรวมคงที่ ความจุของมันขึ้นอยู่กับจำนวนช่องทางไฟฟ้า อัตราข้อมูลต่อเลน แผนความยาวคลื่นแสง และการแบ่งส่วนของเครื่องยนต์

NPO เป็นสถาปัตยกรรมระดับกลาง

• การเข้าถึงไฟฟ้าที่แผงด้านหน้ากลายเป็นเรื่องยากเกินไป

• ไม่สามารถยอมรับการรวม CPO แบบเต็มได้

• สามารถให้บริการเครื่องยนต์ภายในได้

• มีการรวมออปติคอลระดับบอร์ดไว้ด้วย

• การเปลี่ยนแผงด้านหน้าแบบร้อนไม่จำเป็น

นี่ไม่ได้หมายความว่า NPO จะต้องเป็นการชั่วคราว ยังคงมีประโยชน์ในทุกที่ที่ผู้ออกแบบระบบให้ความสำคัญกับทั้งการเข้าถึงทางไฟฟ้าที่สั้นลงและความเป็นอิสระของเครื่องยนต์ออปติคัลบางส่วน

สถาปัตยกรรม XPO: การสร้างโมเดลที่เสียบได้ขึ้นมาใหม่เพื่อความหนาแน่นสูงสุด

XPO ย่อมาจาก eXtra-dense Pluggable Optics โดยยังคงรักษาขอบเขตการเปลี่ยนแผงด้านหน้าในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นของช่องทางไฟฟ้าและแนะนำการระบายความร้อนด้วยของเหลวในระดับโมดูล

อย่างเป็นทางการเอ็กซ์พีโอ เอ็มเอสเอกำลังพัฒนาฟอร์มแฟคเตอร์แบบเสียบปลั๊กระบายความร้อนด้วยของเหลวที่รองรับ64 ช่องทางไฟฟ้าความเร็วสูง. MSA เปิดให้ผู้เข้าร่วมที่สนใจโดยไม่มีการเลือกปฏิบัติ

ต่างจาก CPO และ NPO ตรงที่ XPO ไม่ได้แก้ปัญหาระยะทางไฟฟ้าเป็นหลักโดยการย้ายการแปลงแสงไปติดกับ ASIC โดยมุ่งเน้นที่การเพิ่มความหนาแน่นและความสามารถในการทำความเย็นของโมดูลแผงด้านหน้าแบบถอดเปลี่ยนได้

โมดูลแบบเสียบได้ระบายความร้อนด้วยของเหลว XPO

ความสามารถในการเสียบปลั๊กที่แผงด้านหน้าและการรวมระดับโมดูล

โมดูล XPO ยังคงสามารถเข้าถึงได้จากแผงด้านหน้า

• การเปลี่ยนโมดูลอิสระ

• การบริการภาคสนาม

• แยกวงจรการใช้งานสวิตช์และออปติก

• สินค้าคงคลังระดับโมดูล

• การเลือกการเข้าถึงด้วยแสงที่ยืดหยุ่น

• การแยกความผิดที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

ต้นทุนคือขอบเขตโมดูลที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่า XPO ต้องรองรับช่องทางไฟฟ้าจำนวนมาก การจ่ายพลังงานจำนวนมาก การเชื่อมต่อออปติกที่หนาแน่น การจัดการโมดูล การระบายความร้อนด้วยของเหลว และกลไกการแทรกและดีดออกที่เชื่อถือได้

ช่องทางไฟฟ้า 64 เลนมีความหมายต่อการออกแบบระบบอย่างไร

ปัจจุบัน XPO MSA ระบุอินเทอร์เฟซไฟฟ้า 64 เลน ความจุออปติคัลรวมจะขึ้นอยู่กับอัตราการส่งสัญญาณต่อเลนสุดท้าย วิธีการมอดูเลชั่น การเข้ารหัส สถาปัตยกรรมการปรับเวลาใหม่ และการใช้งานออปติก

• ความหนาแน่นของขั้วต่อไฟฟ้า

• เส้นทางหลบหนีของโฮสต์ PCB

• การจ่ายพลังงานของโมดูล

• โหลดความร้อน

• การควบคุมและการวินิจฉัยโมดูล

• จำนวนตัวส่งและตัวรับแบบออปติคอล

• การทำแผนที่ไฟเบอร์หรือความยาวคลื่น

จนกว่าจะมีการเผยแพร่ข้อกำหนด MSA ที่สมบูรณ์ แบนด์วิดท์โมดูลที่แน่นอน ขีดจำกัดกำลัง การกำหนดตัวเชื่อมต่อ และขนาดทางกล ควรถือเป็นการนำไปปฏิบัติมากกว่าข้อกำหนด XPO สากล

ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในตัว

XPO วางระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวไว้ในสถาปัตยกรรมโมดูลแบบเสียบได้

นี่คือการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานจากโมดูลระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเดิมๆ ระบบทำความเย็นจะต้องทำงานร่วมกับ:

• หน้าสัมผัสทางไฟฟ้า

• อินเทอร์เฟซแบบออปติคัล

• การเก็บรักษาโมดูล

• การเชื่อมต่อการจัดการ

• ขั้นตอนการใส่และถอด

• การเข้าถึงบริการ

การระบายความร้อนด้วยของเหลวทำให้เกิดข้อกำหนดทางวิศวกรรมเพิ่มเติม ได้แก่:

• การเชื่อมต่อของไหลที่เชื่อถือได้

• การป้องกันและตรวจจับการรั่วไหล

• การจัดตำแหน่งคนตาบอด

• ความเข้ากันได้ของน้ำหล่อเย็น

• การควบคุมแรงดันตก

• แรงในการแทรกโมดูล

• ขั้นตอนการบำรุงรักษา

อินเทอร์เฟซการระบายความร้อนกลายเป็นส่วนหนึ่งของโมเดลการบริการโมดูล แทนที่จะเป็นเพียงส่วนหนึ่งของแชสซีสวิตช์

XPO ไม่ได้หมายความว่าสามารถเสียบเลเซอร์ภายนอกได้

การขยายตัวอย่างเป็นทางการของ XPO คือออพติกแบบเสียบได้หนาแน่นพิเศษ eXtra.

เลเซอร์ภายนอกอาจถูกนำมาใช้ในการใช้งานเชิงแสงโดยเฉพาะ แต่ไม่ใช่คุณสมบัติที่กำหนดของ XPO

คำมาตรฐานที่ถูกต้องสำหรับเลเซอร์ภายนอกแบบเปลี่ยนได้ที่ใช้กับ CPO เป็นหลักคือเอลเอสเอฟพีหรือเลเซอร์ภายนอกขนาดเล็กแบบเสียบได้

ประโยชน์ด้านความสามารถในการให้บริการและเพิ่มความซับซ้อน

XPO มอบโมเดลการเปลี่ยนฟิลด์ที่ชัดเจนที่สุดในบรรดาสถาปัตยกรรมทั้งสาม

โมดูลที่ล้มเหลวสามารถถอดออกจากแผงด้านหน้าได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนสวิตช์ ASIC หรือเข้าถึงออปติคัลเอ็นจิ้นภายใน

อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการเสียบปลั๊กแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวนั้นมีความต้องการทางกลไกมากกว่าการเปลี่ยนโมดูลทั่วไป การออกแบบที่เสร็จสมบูรณ์อาจจำเป็นต้องเชื่อมต่อและยกเลิกการเชื่อมต่อ:

• ช่องทางไฟฟ้าความเร็วสูง

• หน้าสัมผัสไฟฟ้า

• สัญญาณการจัดการ

• ใยแก้วนำแสง

• พอร์ตระบายความร้อนด้วยของเหลว

• คุณสมบัติการเก็บรักษาทางกล

อินเทอร์เฟซทั้งหมดจะต้องยังคงเชื่อถือได้ตลอดการแทรกและการลบซ้ำหลายครั้ง

CPO กับ NPO กับ XPO: การเปรียบเทียบทางวิศวกรรมแบบเคียงข้างกัน

ตำแหน่งบูรณาการและระยะทางไฟฟ้า

CPO ให้เส้นทางไฟฟ้าที่สั้นที่สุดโดยการวางการแปลงแสงภายในสภาพแวดล้อมระดับบรรจุภัณฑ์

NPO อนุญาตให้มีเส้นทางที่ยาวขึ้นระหว่างบรรจุภัณฑ์และเครื่องยนต์ที่ติดตั้งบนบอร์ดในบริเวณใกล้เคียง

XPO ยังคงการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่าง ASIC และโมดูลแผงด้านหน้า

ระยะทางจริงจะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน ดังนั้นชื่อสถาปัตยกรรมไม่ควรถูกแปลงเป็นข้อกำหนดความยาวทางกายภาพสากล

การแลกเปลี่ยนกำลัง การทำความเย็น และความสมบูรณ์ของสัญญาณ

CPO มีศักยภาพสูงสุดในการลดพลังงานอินเทอร์เฟซไฟฟ้า แต่จะสร้างความเข้มข้นทางความร้อนสูงสุดรอบๆ แพ็คเกจ ASIC

NPO ให้การแยก ASIC และกลไกออปติคอลมากขึ้นในขณะที่ยังคงเข้าถึง PCB น้อยลง

XPO คงไว้ซึ่งการเปลี่ยนโมดูล แต่เน้นการทำงานที่สำคัญและความร้อนภายในฟอร์มแฟกเตอร์ของแผงด้านหน้า

ขอบเขตการให้บริการและความล้มเหลว

ขอบเขตการทดแทนมีความแตกต่างกันอย่างมาก:

• ประธานเจ้าหน้าที่บริหาร:การประกอบแพ็คเกจหรือเครื่องยนต์ออปติคอลภายใน

• เอ็นพีโอ:เครื่องยนต์ภายใน ซ็อกเก็ต หรือบอร์ดลูกโซ่

• เอ็กซ์โป:โมดูลแผงด้านหน้า

วิศวกรต้องประเมินไม่เพียงแต่ว่าส่วนประกอบสามารถเปลี่ยนได้ในทางเทคนิคหรือไม่เท่านั้น แต่ยังต้องประเมินว่าการซ่อมแซมเกิดขึ้นที่ใด เครื่องมือใดบ้างที่จำเป็นต้องใช้ และจำนวนระบบที่ต้องเลิกใช้งาน

ความซับซ้อนของบรรจุภัณฑ์และความเป็นเจ้าของการผลิต

• บรรจุภัณฑ์สารกึ่งตัวนำ

• ซิลิคอนโฟโตนิกส์

• วัสดุพิมพ์บรรจุภัณฑ์

• สิ่งที่แนบมาด้วยแสง

• การออกแบบระบายความร้อนระดับแพ็คเกจ

• การออกแบบบอร์ดโฮสต์

• อินเตอร์เฟซไฟฟ้าสั้น

• สิ่งที่แนบมากั