CPO和NPO的设计初衷是为了解决传统OBO(Optics on Board)技术的局限性。在OBO中,交换机芯片和光学引擎通过交换机上的大型PCB连接,这种方式不仅成本高,而且电信号互连的损耗较大,导致整板功率增加,电信号频率也难以提升。
CPO和NPO通过使用小块高价值的射频基板,将交换芯片和光引擎共封装,有效减少了电信号的高频损耗。NPO的交换机ASIC芯片是封装的,包含Die和ASIC封装基板,光学引擎也封装完好,具备完整的光电信号处理流程。早期的CPO概念类似,但需要DSP支持,因此Broadcom的NPO提供的引擎功率为11-16W/800G。
随着技术的进步,CPO进一步演进,去掉了独立封装的交换芯片外层封装,直接将光引擎部分与Die连接。光学引擎可以是封装的模块,也可以是多Die 3D封装的完整芯片,如硅光子芯片、电气芯片以及包含激光器的芯片。Broadcom的数据显示,CPO的功耗降至5.5W/800G,这一显著降低的功耗是通过切断DSP功耗后计算得出的。
CPO和NPO的差异化设计不仅提升了性能,还优化了成本。NPO侧重于近封装的光学器件,保留了较多的传统封装元素,而CPO则更为激进,通过直接连接Die和光引擎,实现了更高的集成度和更低功耗。这种技术的演进,为数据中心和高性能计算领域提供了更高效、更经济的解决方案。
未来,随着光电子技术的不断进步,CPO和NPO有望在更多应用场景中发挥重要作用,推动通信和计算领域的持续创新。通过不断优化封装技术和材料选择,这些先进的光学器件将为实现更高速度、更低延迟的网络传输奠定坚实基础。
2019年,光模块或光引擎和交换芯片被“共同封装”在一个称为共封装光学器件(CPO)的单一基板上。
2022年,博通等一些厂商分别将CPO1.0和2.0称为NPO和CPO。NPO 代表近封装光学器件。因此有的厂家将NPO分类为CPO。
它们都不属于 OBO(Optics on Board),其中交换机芯片和光学引擎通过交换机上的大 PCB 连接。
CPO/NPO之所以不通过主板上的PCB互连,主要是出于性能和成本的考虑。如果以其良好的性能来取代这种大型PCB板射频基板,会因为面积大而导致成本较高。只有一小块区域需要高频信号布线和互连,这是不值得的。
但如果照常使用廉价的PCB,电信号互连的损耗太大,整板功率增大,或者电信号的频率上不去。
NPO/CPO就是为了解决这个问题,利用一小块高价值的射频基板作为开关芯片和光引擎的共封装,方便减少电信号的高频损耗。
首先被称为CPO第一代、第二代、第三代,然后是NPO/CPO。
NPO 和 CPO 之间存在重大差异。
NPO:其交换机的ASIC芯片是封装的,包含Die和ASIC封装基板。光学引擎也封装好了,有完整的光电信号处理流程。
这就是早期CPO的概念。这个时候还是需要DSP的,所以Broadcom的NPO提供的引擎功率是11-16W/800G。
后期可以演进CPO,去掉独立封装的交换芯片的外层封装,直接将光引擎部分与Die连接。光学引擎可以是封装的模块,也可以是多Die 3D封装的完整芯片(硅光子芯片/电气芯片/一些包括激光器)。
Broadcom给出的CPO功耗为5.5W/800G,与NPO功耗相比,是切断DSP功耗后计算得出的。
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