1、CPO热潮下的技术思考CPO热潮下的技术思考腾讯 胡胜磊分享内容提纲内容简介：追光者众:CPO技术应用从交换设备开始，逐步走向封装内芯片与芯片之间。曲径通幽：真正批量应用CPO产品级的路还很长；另辟蹊径:VCSEL技术的CPO也很具吸引力，LPO逐步从概念走向实用；各抒己见:one half结合数字和模拟的优势，可实现光互联性能、成本、复杂度的平衡；追光者众(1/1)-CPO两种重要应用场景SwitchASICI/0I/0I/0I/0I/0I/0I/0I/0GPUI/0I/0HBMHBMI/0I/0GPUI/0I/0HBMHBMI/0I/0光I/O互联应用于设备与设备之间芯片与芯片之间subs

2、trateASIC/HBM/GPU/FPGA.OE交换设备之间互联算力设备之间互联芯片互联硬件资源池化（略）SubstrateinterposerEICPICPCBSubstrateSwitch ASICEICPICPCBGPUHBMCiscoAyar labs曲径通幽(1/1)-现存较大挑战2.53光引擎尺寸预估：From cisco blog(4xOSFP 800G VS 3.2 CPO engine)局部芯片变大，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局部大芯片封装热管理光纤管理可靠性端面耦合电IC封装

3、设计光引擎的封装设计光芯片的尺寸以及工作速率定义可制造性可维护性2.53促使封装上有创新、但产品应用面临居多挑战：另辟蹊径(1/2)-VCSEL based CPO多模CPO应用举例：适用对成本&功耗严格要求，连接距离较短的场景；IBMHPEVCSEL based CPO优势：可采用直驱方案继续提升优势；ASICVCSEL 可利用Serdes直驱VCSEL；DC-DC多通道串联Bias供电；垂直方向并行光学耦合；功耗/位：23pj/bitXSRDSP200G/400G 直驱VCSEL SR4光模块DSPDAC outputVCSELRs80Biast-T(VDAC)直驱VCSEL CPOfuj

4、itsu另辟蹊径（2/3）-LPO成为CPO有力竞争LPO:可插拔模块去oDSP,实现CPO同样功耗与成本收益;HostSerdesLR w/FFE/DFE/CDRSerdesLR Drvw/FFECTLEDRVTIAE/0linear moduleCH W/ConnectorCH W/ConnectorXSR损耗示意:线性可插拔光模块架构：From arista另辟蹊径（3/3）-LPO具备一定的可行Result from Arista on OFC2023TH5交换机端口类型VCSELB2B pre fec BERSIPHB2B pre fec BER过扣板1E-61E-8MAC板1E-7

5、1E-10自测结果：模块和交换机参数双向调参可实现较优性能VCSEL LPO方案可用在112G AOC产品上；硅光LPO方案112G的光模块上具备一定的应用前景；协同设计简化调参扩展场景边界探索Result from Nvidia行业公开的性能结果：各抒己见（1/3）-“one half”可插拔方案提议From OIF-Co-Packaging-FD-01.0 光引擎e-gress侧放置retimer芯片 ASIC 接口能力TX-XSR,RX-MR；“One half”架构可插拔TX FFERX FFE+DFE+MLSE+=Serdes EQ 网络设备中 ASIC serdes 能力一般设计在

6、LR上保证性能裕量光互联的硬件架构组成：各抒己见（2/3）-“one half“可插拔提议通用标准PAM4模块5nm oDSP“半线性”“半DSP”异构光模块线性engress“半线性”“半DSP”异构光模块线性ingress线性光模块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为例AD

8、CDSPCDRADCDSPCDRx2CTLEDRVADCDSPCDRTIAVGCTIAVGCCTLEDRV光模块内电芯片组成:支持与通用标准PAM4模块互通 均存在优于现有链路连接的情况；不存在“弱-弱“对传链路；One half架构的光模块各项指标上均为“折中“状态兼顾成本、性能、风险；各抒己见（3/3）-“one half“有源铜缆提议ADCDACDSPDSP+ADCDRV+p2sOne half 类型1One half 类型2QSFP112QSFP112RxRxTxTxSerdes“KR”Serdes“KR”HostSerdesLR w/FFE/DFE/CDRSerdesLR Drvw/

9、FFECTLEDSP DRVTIAE/0Onehalf 有源铜缆CH W/ConnectorCH W/Connector一款芯片同时支持 AEC/TXCR应用Transmitter电Transmitter光Receiver电Receiver光FFE 7 tapFFE 5 tap22 tap FFE14-15 tap FFE0-1.2v diff swing0-3v diff swingCTLE两级 10-15dBCTLE 两级10-15dB不用Pre-distortion不用SNR/FEC-monitor DIE有源铜缆：在铜缆发射端提升”发射幅度”光模块：提升swing 可等效一种预加重的方法DAC2mAccOne half Retimer CC 3.5m4.5mOne one LR Retimer CC 6mExtendIEEE112G Copper cable solution小裕量，小代价性能极限，PVT/EOL无法保证大裕量，大代价，功耗无法承受传输距离预估（线性计算）：Onehalf 可插拔谢谢！