CPO熱潮下的技術思考-胡勝磊.pdf

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1、CPO熱潮下的技術思考CPO熱潮下的技術思考騰訊 胡勝磊分享內容提綱內容簡介：追光者眾:CPO技術應用從交換設備開始，逐步走向封裝內芯片與芯片之間。曲徑通幽：真正批量應用CPO產品級的路還很長；另辟蹊徑:VCSEL技術的CPO也很具吸引力，LPO逐步從概念走向實用；各抒己見:one half結合數字和模擬的優勢，可實現光互聯性能、成本、復雜度的平衡；追光者眾(1/1)-CPO兩種重要應用場景SwitchASICI/0I/0I/0I/0I/0I/0I/0I/0GPUI/0I/0HBMHBMI/0I/0GPUI/0I/0HBMHBMI/0I/0光I/O互聯應用于設備與設備之間芯片與芯片之間subs

2、trateASIC/HBM/GPU/FPGA.OE交換設備之間互聯算力設備之間互聯芯片互聯硬件資源池化（略）SubstrateinterposerEICPICPCBSubstrateSwitch ASICEICPICPCBGPUHBMCiscoAyar labs曲徑通幽(1/1)-現存較大挑戰2.53光引擎尺寸預估：From cisco blog(4xOSFP 800G VS 3.2 CPO engine)局部芯片變大，增幅小于容量的倍增，OE集成度增加；400G800G3.2T6.4T11.822.53PIC尺寸容量/dieFrom ASE局部大芯片封裝熱管理光纖管理可靠性端面耦合電IC封裝

3、設計光引擎的封裝設計光芯片的尺寸以及工作速率定義可制造性可維護性2.53促使封裝上有創新、但產品應用面臨居多挑戰：另辟蹊徑(1/2)-VCSEL based CPO多模CPO應用舉例：適用對成本&功耗嚴格要求，連接距離較短的場景；IBMHPEVCSEL based CPO優勢：可采用直驅方案繼續提升優勢；ASICVCSEL 可利用Serdes直驅VCSEL；DC-DC多通道串聯Bias供電；垂直方向并行光學耦合；功耗/位：23pj/bitXSRDSP200G/400G 直驅VCSEL SR4光模塊DSPDAC outputVCSELRs80Biast-T(VDAC)直驅VCSEL CPOfuj

4、itsu另辟蹊徑（2/3）-LPO成為CPO有力競爭LPO:可插拔模塊去oDSP,實現CPO同樣功耗與成本收益;HostSerdesLR w/FFE/DFE/CDRSerdesLR Drvw/FFECTLEDRVTIAE/0linear moduleCH W/ConnectorCH W/ConnectorXSR損耗示意:線性可插拔光模塊架構：From arista另辟蹊徑（3/3）-LPO具備一定的可行Result from Arista on OFC2023TH5交換機端口類型VCSELB2B pre fec BERSIPHB2B pre fec BER過扣板1E-61E-8MAC板1E-7

5、1E-10自測結果：模塊和交換機參數雙向調參可實現較優性能VCSEL LPO方案可用在112G AOC產品上；硅光LPO方案112G的光模塊上具備一定的應用前景；協同設計簡化調參擴展場景邊界探索Result from Nvidia行業公開的性能結果：各抒己見（1/3）-“one half”可插拔方案提議From OIF-Co-Packaging-FD-01.0 光引擎e-gress側放置retimer芯片 ASIC 接口能力TX-XSR,RX-MR；“One half”架構可插拔TX FFERX FFE+DFE+MLSE+=Serdes EQ 網絡設備中 ASIC serdes 能力一般設計在

6、LR上保證性能裕量光互聯的硬件架構組成：各抒己見（2/3）-“one half“可插拔提議通用標準PAM4模塊5nm oDSP“半線性”“半DSP”異構光模塊線性engress“半線性”“半DSP”異構光模塊線性ingress線性光模塊ingress&engressPower consumption8w5.5w5w4.5wEIC Cost1(DSP+TIA)0.68（”1/2”DSP+TIA+DRV）0.56(“1/2DSP”+TIA)0.25(DRV+TIA)BER（typical）1e-91e-81e-81e-71e-6 or worseLatency100ns50ns50ns10nsMa

7、turity level1.one half oDSP（RX Digtal EQ）2.Linear Driver3.HBW optical chip(vcsel/siph)1.One half oDSPw/3vpp Driver(TX FIR)2.Linear TIA1.Linear Driver2.Linear TIA3.HBW optical chip(vcsel/siph)Tx-Rx connect in different solutionDSP-DSPLinear-DSPDSP-DSP DSP-DSPDSP-linearLinear-DSPDSP-linear以QSFP112為例AD

8、CDSPCDRADCDSPCDRx2CTLEDRVADCDSPCDRTIAVGCTIAVGCCTLEDRV光模塊內電芯片組成:支持與通用標準PAM4模塊互通 均存在優于現有鏈路連接的情況；不存在“弱-弱“對傳鏈路；One half架構的光模塊各項指標上均為“折中“狀態兼顧成本、性能、風險；各抒己見（3/3）-“one half“有源銅纜提議ADCDACDSPDSP+ADCDRV+p2sOne half 類型1One half 類型2QSFP112QSFP112RxRxTxTxSerdes“KR”Serdes“KR”HostSerdesLR w/FFE/DFE/CDRSerdesLR Drvw/

9、FFECTLEDSP DRVTIAE/0Onehalf 有源銅纜CH W/ConnectorCH W/Connector一款芯片同時支持 AEC/TXCR應用Transmitter電Transmitter光Receiver電Receiver光FFE 7 tapFFE 5 tap22 tap FFE14-15 tap FFE0-1.2v diff swing0-3v diff swingCTLE兩級 10-15dBCTLE 兩級10-15dB不用Pre-distortion不用SNR/FEC-monitor DIE有源銅纜：在銅纜發射端提升”發射幅度”光模塊：提升swing 可等效一種預加重的方法DAC2mAccOne half Retimer CC 3.5m4.5mOne one LR Retimer CC 6mExtendIEEE112G Copper cable solution小裕量，小代價性能極限，PVT/EOL無法保證大裕量，大代價，功耗無法承受傳輸距離預估（線性計算）：Onehalf 可插拔謝謝！