英偉達，開啟矽光新紀元

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隨著人工智慧計算的快速發展，資料中心網路基礎設施面臨著日益增長的需求。在2025年3月18日的GTC2025會議上，NVIDIA公佈了其開創性的NVIDIA光子學矽光子技術。透過採用共封裝光學(CPO)來取代傳統可插拔的光學收發器，這一創新使光纖可以直接連線到交換機，預計可將資料中心的電力消耗減少40兆瓦。該技術同時提高了人工智慧計算叢集的網路傳輸效率，為下一代大規模人工智慧資料中心奠定了基礎。

基於這一創新，NVIDIA推出了Spectrum-X和Quantum-X矽光子網路交換機，將電子電路與光通訊技術深度整合。這些解決方案使AI工廠能夠跨地區互聯數百萬個GPU叢集，同時降低能源消耗和運營費用。

Spectrum-X乙太網平臺:專為多租戶、超大規模人工智慧工廠設計，提供比傳統乙太網架構高1.6倍的頻寬密度，支援世界上最先進的超級計算基礎設施。

Quantum-X光子學InfiniBand平臺:利用200GbpsSerDes技術，它擁有該平臺將144x800Gbps埠，配備液體冷卻的矽光子學塊。與前幾代相比，AI計算速度提高了一倍，實現了5倍的更大可擴充套件性。

Spectrum-X

NVIDIA Spectrum-X光子學交換機提供多種配置，包括 128 個800 Gb/s 埠或512個200 Gb/s埠，總頻寬高達 100Tb/s，以及512個800 Gb/s端囗或2048個200Gb/s 埠，總吞吐量高達 400 Tb/s。

Spectrum-XCPO採用多晶片設計。其乙太網交換機ASIC具有單晶片包處理引擎，周圍有八個SerDes晶片(每邊兩個)和四個額外的晶片在角落。Spectrum-XCPO晶片的每邊包括九個埠，總計36個埠，以800 Gb/s的速度執行。

Quantum-X

這款115.2 Tb/s Quantum-X光子交換器包含2個CPO模組。每個封裝模組由一個量子X800 ASIC和6個光學元件組成，總共包含18個矽光子引擎。量子X800 ASIC提供28.8Tb/s的吞吐量，並使用臺積電的4N工藝，集成了1070億個電晶體。在每個CPO模組中，直接連線的光學元件具有3個矽光子引擎(每個模組總計18個)和3個緊湊的可插拔聯結器，實現4.8 Tb/s的吞吐能力。每個矽光子引擎都採用200 Gb/s微環調製器，將功耗降低3.5倍。

在外部連線方面，Quantum-X光子交換器具有144個單模光纖MPO聯結器。每個外部光源(ELS)配備有八個雷射器(200 mWCW-DFB)，並提供自動溫度跟蹤以及穩定的波長和功率輸出。

總的來說，一個Quantum-X光子學交換機集成了2個CPO模組、18個外部光源和144個MPO聯結器，總計4460億個電晶體，並提供115 Tb/s的吞吐量。

InfiniBand CPO將於2025年下半年首先推出，而乙太網CPO將於2026年下半年推出。請注意，CPO將是可選的-NVIDIA將繼續提供具有可插拔模組的交換機系統。

CPO 技術

CPO是高速網路叢集的核心元件，特別是對於需要低延遲和高頻寬連線的人工智慧叢集。與傳統基於DSP的可插拔光模組相比，CPO具有顯著優勢。它透過將ASIC和光學元件-嵌入DSP功能直接整合在ASIC中，消除了對單獨DSP晶片的需求。這種創新的封裝方法極大地提高了整體模組效能，同時顯著降低了資料中心的功耗，而效率是資料中心的關鍵。此外，由於AI叢集需要超高的頻寬，CPO可以最小化與訊號轉換相關的延遲和功率損耗。博通和思科都聲稱，在一臺配備64個800GbE埠的51.2T交換機中，CPO可以比標準的可插拔光模組降低30%的功耗。

NVIDIA的CPO基於新的微環調製器(MRM)，以提高能效。博通的CPO提供了50%的功耗降低(透過去除DSP)，但它是基於馬赫-曾德爾調製器(MZM)-光收發器的標準組件。

下圖說明了NVIDIA CPO中涉及的各種元件。它從臺積電製造的電子和光子積體電路(IC)開始，並組裝在一個3D堆疊中。臺積電的緊湊型通用光子引擎(COUPE)技術包含一個微透鏡，用於表面耦合到光纖陣列。在量子-X光子平臺中，這些光引擎元件透過中介軟體連線到開關ASIC。NVIDIA的CPO合作伙伴包括Browave、Corning、Fabrinet、富士康、Lumentum、Senko、SPlL、住友商事、TFC和臺積電。

然而，CPO也面臨著一些挑戰。CPO模組的固定配置可能帶來限制，平衡可靠性與可替換性仍然是一個問題。在傳統可插拔光模組系統中，光鏈路故障只需要移除和更換故障模組。相比之下，CPO系統中的故障需要更換整個系統。CPO光學引擎中使用的矽光子器件提供的可靠性與其他矽基元件(除雷射器外)相當，只有ELSFPS可能面臨光學故障問題。幸運的是，這些裝置支援現場更換。

雖然CPO技術提供了顯著的優勢，如降低功耗和簡化部署，但可插拔的光塊仍然是市場的主流。它們的靈活性和成熟的標準化使其繼續成為資料中心的首選。

NADDOD 提供高速可插拔的光學解決方案，涵蓋200G、400G、800G和前沿的1.6T 矽光子模組。經過大規模叢集部署驗證，NADDOD 模組表現出卓越的效能、穩定性和相容性，確保 AI 計算叢集的可靠執行。同時，我們行業領先的製造設施和強大的生產管理系統能夠無縫支援 InfiniBand/RoCE AI基礎設施，確保高質量產品和大規模快速交付。

總結

英偉達推出其1.6Tb/s矽光子CPO交換機，標誌著交換和半導體市場的轉型階段。在市場需求激增和技術突破的推動下，CPO正在引領整個行業的顛覆。隨著技術的成熟和普及，CPO交換領域有望加速增長，為下一代AI基礎設施解鎖前所未有的可擴充套件性。

CPO是人工智慧行業漫長旅程的第一步。在短期內，CPO可能會在特定場景下進行試點，例如超大規模叢集，而可插拔模組仍將是主流。然而，從長遠來看，隨著對高頻寬傳輸的需求達到高頻訊號傳輸的極限，CPO技術將獲得動力。未來，可能會出現混合的“CPO+可插拔”架構，根據應用需求提供靈活的選擇。

參考連結

https://www.naddod.com/blog/nvidia-s-silicon-photonics-cpo-the-beginning-of-a-transformative-journey-in-ai?srsltid=AfmBOoqE38gG8JmLgwctafpokq_v0mhDfap5Wh_llCYJHEKAEcB93wgp

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