L'ascesa dell'ottica co-packaged (CPO): Rivoluzionare la connettività ad alta velocità

Che cos'è l'Ottica in Co-Packaged (CPO)?

La crescita esplosiva dell'intelligenza artificiale (AI), del calcolo ad alte prestazioni (HPC), dell'apprendimento automatico (ML) e dei data center iperscala sta mettendo a dura prova i limiti delle infrastrutture di rete tradizionali. Mentre le velocità di trasmissione dei dati salgono a 800G e oltre, i ricetrasmettitori collegabili esistenti faticano a tenere il passo con le esigenze di efficienza energetica e densità. Per affrontare queste sfide, il settore si sta rivolgendo all'ottica co-packaged (CPO), un approccio innovativo che porta la fibra direttamente nel chip per ottenere prestazioni senza precedenti. Il Co-Packaged Optics (CPO) è una tecnologia emergente che integra i componenti ottici direttamente con gli ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) di commutazione in un unico pacchetto. Questa innovazione è destinata a ridefinire il futuro della trasmissione dati ad alta velocità.

 

Fattori di crescita del mercato per il CPO

La rapida espansione dell'intelligenza artificiale (AI) e dei modelli linguistici di grandi dimensioni (LLM) sta determinando una domanda insaziabile di larghezza di banda superiore e di soluzioni di rete più efficienti. L'esplosione dei modelli generativi di IA, come ChatGPT, Llama, Claude e Gemini, richiede una grande potenza di calcolo distribuita e trasferimenti di dati ultraveloci tra le unità di elaborazione. L'aumento degli LLM e dei carichi di lavoro guidati dall'IA, tra cui deep learning, veicoli autonomi e analisi in tempo reale, richiede l'elaborazione istantanea di grandi quantità di dati in un'infrastruttura di rete scalabile. Questi modelli richiedono interconnessioni ultraveloci, per le quali i ricetrasmettitori ottici tradizionali presentano limitazioni significative. Con l'aumento della complessità dei modelli di intelligenza artificiale, l'adozione di CPO diventa sempre più essenziale per sostenere le prestazioni e la scalabilità.

I modelli di Machine Learning (ML), in particolare quelli utilizzati nei servizi finanziari, nella sanità e nella cybersecurity, dipendono da trasferimenti di dati veloci e ad alta banda tra le unità di elaborazione per l'addestramento e l'inferenza. Aziende come NVIDIA, Google e Microsoft stanno guidando questa tendenza con l'implementazione di enormi cluster di intelligenza artificiale che richiedono soluzioni di rete all'avanguardia. L'addestramento e l'inferenza di modelli ML complessi richiedono architetture distribuite con un movimento dei dati senza soluzione di continuità tra unità di elaborazione grafica (GPU) e unità di elaborazione dei tensori (TPU) interconnesse.

Il calcolo ad alte prestazioni (HPC) è un altro fattore critico. La ricerca scientifica, la modellazione climatica, la genomica e le simulazioni per applicazioni ingegneristiche richiedono velocità di trasmissione dei dati senza precedenti. Le soluzioni di rete tradizionali faticano a tenere il passo con le richieste di questi carichi di lavoro, rendendo il CPO un'alternativa interessante. Istituzioni come la NASA, il CERN e le principali università di tutto il mondo si affidano all'HPC per elaborare simulazioni complesse e grandi insiemi di dati.

I data center hyperscale stanno vivendo una crescita esponenziale grazie all'espansione dell'infrastruttura globale dei cloud provider. Aziende come Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure e Google Cloud stanno spingendo i confini delle architetture dei data center per ospitare un traffico di dati senza precedenti. Questi hyperscale richiedono soluzioni di rete scalabili e ad alta efficienza per mantenere le prestazioni e ridurre i costi operativi, rendendo il CPO un componente vitale dei progetti futuri.

I colli di bottiglia dei ricetrasmettitori pluggable tradizionali

I ricetrasmettitori pluggable sono stati a lungo la spina dorsale della connettività ottica ad alta velocità, ma stanno diventando un fattore limitante con l'aumento dei requisiti di larghezza di banda. Una delle sfide principali è l'uso di tracce elettriche più lunghe tra l'ASIC dello switch e i moduli ottici, con conseguente degrado del segnale e aumento della latenza. Quando le velocità dei dati superano gli 800G e si avvicinano a 1,6T, queste inefficienze si accentuano.

A differenza dei ricetrasmettitori pluggable tradizionali, che si basano su connessioni elettriche tra switch e moduli ottici, CPO riduce la necessità di lunghe tracce elettriche che introducono latenza e degrado del segnale.

 

riducendo al minimo il consumo di energia, la generazione di calore e la degradazione del segnale. Un altro problema importante è il consumo di energia, in quanto le ottiche esterne collegabili richiedono una maggiore potenza, aumentando i costi operativi. I ricetrasmettitori collegabili richiedono l'amplificazione del segnale e la correzione degli errori, il che comporta un maggiore consumo di energia e una maggiore generazione di calore. Questo crea notevoli problemi di raffreddamento per i data center, che devono implementare sistemi di gestione termica costosi e complessi per mantenere un funzionamento ottimale. Gli operatori dei data center devono affrontare ulteriori vincoli dovuti allo spazio limitato sulla piastra degli switch, che limita il numero di porte dei ricetrasmettitori ottici che possono essere installati.

 

Come il CPO affronta queste sfide

CPO è una soluzione innovativa per le reti ad alta velocità, in grado di risolvere i limiti dei ricetrasmettitori ottici tradizionali. Integrando l'ottica direttamente con gli ASIC degli switch, CPO elimina la necessità di lunghe tracce elettriche, riducendo in modo significativo il consumo energetico e la perdita di segnale. Questa integrazione diretta migliora l'efficienza complessiva della rete, rendendola una soluzione più efficiente dal punto di vista energetico per gli ambienti hyperscale.

Oltre alla riduzione del consumo energetico, il CPO migliora l'efficienza termica riducendo la generazione di calore localizzato. Ciò semplifica i requisiti di raffreddamento e riduce i costi operativi dei data center, consentendo di realizzare infrastrutture più sostenibili. Inoltre, CPO consente di aumentare la densità delle porte eliminando la necessità di ricetrasmettitori collegabili al pannello frontale, consentendo ai data center di scalare la larghezza di banda in modo più efficiente.

Uno dei vantaggi più significativi del CPO è la sua capacità di rendere l'infrastruttura di rete a prova di futuro. Con l'evoluzione dell'AI, del ML e dell'hyperscale computing, le velocità di trasmissione dati superiori a 800G diventeranno il nuovo standard. Il CPO offre la scalabilità necessaria per supportare queste richieste future, assicurando che l'infrastruttura di rete rimanga valida per gli anni a venire.

 

Conclusione

Poiché AI, ML, HPC e data center iperscalati continuano a spingere i confini dell'elaborazione e della trasmissione dei dati, l'ottica co-packaged sta emergendo come una tecnologia vitale per la protezione delle infrastrutture di rete del futuro. Grazie alla tecnologia di accoppiamento diretto della fibra al chip, è possibile risolvere le limitazioni dei ricetrasmettitori collegabili tradizionali. Il CPO è destinato a rivoluzionare le reti ottiche ad alta velocità. SENKO sta guidando l'innovazione e l'adozione di CPO risolvendo la soluzione di interconnessione ottica di prossima generazione.