1,6 t optiskais raiduztvērējs samazina latentumu

 

 

1,6 T optiskais raiduztvērējs samazina latentumu, izmantojot īsākus elektrisko signālu ceļus, uzlabotu silīcija fotonikas integrāciju un optimizētu digitālo signālu apstrādes arhitektūru, kas samazina datu apstrādes aizkavi. Šie moduļi nodrošina latentuma samazinājumu par līdz pat 75%, salīdzinot ar tradicionālo pievienojamo optiku, vienlaikus novietojot optiskos un elektroniskos komponentus milimetros, nevis centimetros.

Attīstība no 800 G uz 1,6 T vairāk nekā dubulto joslas platumu,{2}}tas būtiski maina to, kā datu centri apstrādā reāllaika saziņu. Mūsdienu mākslīgā intelekta darba slodzes prasa sub-mikrosekundes atbildes laiku GPU-uz-GPU saziņai, padarot latentuma samazināšanu tikpat svarīgu kā joslas platuma paplašināšanu.

 

 

Arhitektūras inovācijas, kas veicina latentuma samazināšanu

 

The1,6 T optiskais raiduztvērējsizmanto 8 kanālu dizainu, un katra josla darbojas ar 200 Gbps, izmantojot PAM4 modulāciju. Šī arhitektūra samazina nepieciešamo kanālu skaitu salīdzinājumā ar iepriekšējām paaudzēm, kas samazina kumulatīvo latentumu, ko rada paralēli apstrādes ceļi.

Silīcija fotonikas tehnoloģija integrē optiskos modulatorus, fotodetektorus un viļņvadus vienā mikroshēmā kopā ar elektroniskiem komponentiem. Šī integrācija novērš garās PCB pēdas, kas atrodamas tradicionālajos dizainos, kur signāliem ir jāpārvietojas vairākus centimetrus starp ASIC un optisko moduli. Marvell 1.6T gaismas dzinējs demonstrē šo pieeju, apvienojot simtiem komponentu-tostarp modulatorus, transimpedances pastiprinātājus un mikrokontrollerus-vienā paketē, kas patērē mazāk nekā 5 pidžoulus uz bitu.

Fiziskajam tuvumam ir liela nozīme. Tradicionālajiem pievienojamiem raiduztvērējiem ir nepieciešami elektriskie signāli, kas šķērso 10-15 centimetrus PCB pēdas, pirms tie sasniedz optisko interfeisu. Katrs centimetrs palielina izplatīšanās aizkavi un prasa signāla kondicionēšanu, kas ievieš papildu latentumu. Salīdzinājumam, kopīgi iepakotie optikas risinājumi novieto optisko dzinēju 2–5 milimetru attālumā no slēdža ASIC, samazinot elektriskā ceļa garumu par 80–90%.

Credo Bluebird digitālais signālu procesors ir par piemēru jaunākās paaudzes optimizētajiem DSP, kas īpaši izstrādāti1,6 T optiskais raiduztvērējslietojumprogrammas. Mikroshēma uztur divvirzienu latentumu zem 40 nanosekundēm, vienlaikus atbalstot astoņas 224 Gbps PAM4 pārraides joslas. Tas nozīmē latentuma samazinājumu par 60% salīdzinājumā ar iepriekšējās -paaudzes 800 G DSP, kas panākts, izmantojot racionalizētus apstrādes cauruļvadus un samazinātas buferizācijas prasības.

 

Digitālo signālu apstrādes optimizācija

 

Izvēle starp analogo un digitālo signālu apstrādi būtiski ietekmē latentuma veiktspēju. Semtech Linear Pluggable Optics pieeja parāda, kā analogās arhitektūras sasniedz latentumu zem 250 pikosekundēm ar minimālām variācijām, savukārt digitālie risinājumi parasti nodrošina 8-10 nanosekundes latentumu, pateicoties analogās-digitālās pārveides, apstrādes un buferizācijas darbībām.

Tomēr digitālās pieejas piedāvā priekšrocības ilgākai sasniedzamībai un izaicinošām vidēm. Vadībā izmantotā 3nm procesa tehnoloģija1,6 T optiskais raiduztvērējsmoduļi nodrošina efektīvāku DSP ieviešanu, kas līdzsvaro latentumu pret citām veiktspējas prasībām. Šie uzlabotie mezgli atbalsta lielāku pulksteņa ātrumu un paralēlas apstrādes iespējas, kas daļēji kompensē digitālajām arhitektūrām raksturīgo latentumu.

Pārsūtīt kļūdu labošanu ir vēl viens latentuma apsvērums. Izvēles IEEE-saderīgs FEC var palielināt pārraides attālumus par 500 metriem, taču tas palielina apstrādes aizkavi. Mūsdienu raiduztvērēji ievieš adaptīvo FEC, ko var atspējot īsas-augstas{5}kvalitātes vidēs, lai optimizētu latentumu, un pēc tam dinamiski iespējot, kad signāla robežas pasliktinās.

 

Co-Packaged Optics Impact

 

Co-packed optics (CPO) tehnoloģija paplašina integrāciju, uzstādot optiskos dzinējus tieši uz tā paša substrāta, pārslēdzot ASIC. NVIDIA Quantum-X un Spectrum-X slēdžos ir iekļauti 1,6 Tb/s un 3,2 Tb/s silīcija fotonikas CPO moduļi, kas pilnībā novērš pievienojamos raiduztvērēju saskarnes.

Latenta priekšrocības sniedzas tālāk par elektriskā ceļa samazināšanu. CPO novērš SerDes saskarnes, ko parasti izmanto, lai sazinātos starp ASIC un pievienojamiem moduļiem. Šīs serializatora/deserializatora shēmas parastajās arhitektūrās palielina latentumu par 5–15 nanosekundēm. Integrējot optiskās un elektroniskās funkcijas vienā un tajā pašā pakas pamatnē, CPO izveido tiešus savienojumus, kas pilnībā apiet šīs pieskaitāmās izmaksas.

Broadcom Ethernet slēdzis Tomahawk-5 ar integrētiem fotoniskajiem starpsavienojumiem demonstrē jaudas efektivitātes pieaugumu līdztekus latentuma uzlabojumiem,-panākot par 70% mazāku enerģijas patēriņu salīdzinājumā ar tradicionālajiem risinājumiem, vienlaikus samazinot gala-latenci par aptuveni 30–40%.

CPO siltuma pārvaldības izaicinājumi prasa rūpīgu uzmanību. Lai novietotu siltumu{1}}ģenerējošus optiskos komponentus blakus augsta jaudas slēdža ASIC, ir nepieciešami uzlaboti dzesēšanas risinājumi, kas parasti ietver šķidruma dzesēšanas sistēmas. Tomēr šīs termiskās problēmas kompensē veiktspējas priekšrocības latentuma-jutīgās lietojumprogrammās, piemēram, augstas-frekvences tirdzniecība un reāllaika-AI secinājumi.

 

 

Lietojumprogrammas-Īpašas latentuma prasības

 

Dažādas darba slodzes nosaka dažādus latentuma ierobežojumus, kas ietekmē1,6 T optiskais raiduztvērējsdizaina izvēles. AI apmācības klasteriem ir nepieciešams zems-latences GPU-uz-GPU savienojums, lai uzturētu sinhronizāciju sadalītā modeļa apmācībā. NVIDIA GB200 NVL72 statīva-mēroga sistēma ir šīs prasības piemērs, izmantojot 1,6 T raiduztvērējus konfigurācijā, kurā GPU-un{10}}uztvērēja attiecība sasniedz 1:2 vai 1:3 atkarībā no tīkla topoloģijas.

Finanšu tirdzniecības lietojumprogrammas atbilst visstingrākajām latentuma prasībām komerciālajos datu centros. Tirdzniecības algoritmiem, kas darbojas mikrosekunžu termiņos, ir nepieciešams katrs signāla ceļa komponents, lai samazinātu aizkavi. Pamatojoties uz silīcija fotoniku-1,6 T optiskais raiduztvērējsmoduļi ir īpaši pievilcīgi šai nozarei, jo tiem ir īpaši zems latentuma raksturlielums, salīdzinot ar alternatīvām, kuru pamatā ir EML{1}}.

Mākoņdatošanas vides līdzsvaro latentumu pret citiem faktoriem, piemēram, izmaksām un enerģijas efektivitāti. Hipermēroga operatori, kas izvieto 1.6T infrastruktūru, piešķir prioritāti risinājumiem, kas samazina kopējās īpašumtiesību izmaksas, vienlaikus izpildot pakalpojumu līmeņa līgumus par lietojumprogrammu atbildes laiku. Iespēja sasniegt sub-mikrosekundes latentumus nodrošina jaunas izplatīto lietojumprogrammu klases, kas iepriekš bija nepraktiskas.

 

Ražošanas un testēšanas apsvērumi

 

Lai sasniegtu zemu latentuma veiktspēju, nepieciešama stingra ražošanas kvalitātes kontrole. Keysight DCA-M paraugu ņemšanas osciloskopi nodrošina iespēju paralēli testēt vairākas 224 Gb/s PAM4 joslas vienlaikus ar trokšņa līmeni zem 15 mikrovoltiem un trīci zem 90 femtosekundēm. Šī mērījumu precizitāte nodrošina katru1,6 T optiskais raiduztvērējspirms izvietošanas atbilst latentuma specifikācijām.

Raidītāja un dispersijas acu aizvēršanas kvartāra (TDECQ) metrika kalpo kā galvenais kvalitātes rādītājs. Zemākas TDECQ vērtības korelē ar samazinātu signāla pasliktināšanos un līdz ar to mazāku latentumu caur optisko saiti. Automatizētā testa optimizācijas programmatūra ļauj ražotājiem ātri noregulēt lāzera novirzi, modulatora spriegumu un citus parametrus, lai sasniegtu optimālu TDECQ veiktspēju visos ražošanas apjomos.

Ražošanas mērogošana rada izaicinājumus, jo tirgus pieprasījums palielinās. LightCounting prognozē, ka 100G+ optisko raiduztvērēju tirgus paplašināsies no 60 miljoniem vienību 2025. gadā līdz vairāk nekā 120 miljoniem vienību līdz 2029. gadam, un 1,6 T moduļi veidos arvien nozīmīgāku šī pieauguma daļu. Lai apmierinātu šo pieprasījumu, vienlaikus saglabājot zemu-latences veiktspēju, ir nepieciešami sarežģīti ražošanas procesi un kvalitātes nodrošināšanas protokoli.

 

Tirgus dinamika un adopcijas tendences

 

The1,6 T optiskais raiduztvērējstirgus sasniedza aptuveni 1,1–2,7 miljardus USD 2024. gadā, un tiek prognozēts, ka līdz 2033. gadam tas pieaugs par 25–33% gadā, sasniedzot USD 13,5 miljardus vai vairāk atkarībā no ieviešanas ātruma. Šī izaugsmes trajektorija ievērojami pārsniedz iepriekšējās raiduztvērēju paaudzes, jo 1,6 T moduļiem ir nepieciešami tikai četri gadi, lai sasniegtu 10 miljonus ikgadējus sūtījumus, salīdzinot ar 100 G moduļiem desmit gadu laikā.

2024. gadā Ziemeļamerika ir vadošā ieviešanā ar aptuveni 38% no globālajiem ieņēmumiem, ko veicināja hipermēroga datu centru izvietošana no galvenajiem mākoņpakalpojumu sniedzējiem. Tomēr Āzijas Klusā okeāna reģionā ir paredzēts visstraujākais pieaugums ar prognozēto 37% CAGR līdz 2033. gadam, ko veicinās 5G infrastruktūras izveide un valdības digitālās transformācijas iniciatīvas Ķīnā, Japānā un Dienvidkorejā.

Pāreja no 800 G uz 1,6 T paātrinās, operatoriem pārejot uz 200 G-par-joslu risinājumiem. Cignal AI prognozē, ka ātrdarbīgās datu komunikācijas optiskās ierīces tirgus palielināsies no 9 miljardiem USD 2024. gadā līdz gandrīz 12 miljardiem USD līdz 2026. gadam, kad šī pāreja sasniedz maksimumu. Paredzams, ka 1,6 T un 3,2 T raiduztvērēju, tostarp lineārās pievienošanas optikas un CPO variantu, kopējais pārdošanas apjoms līdz 2029. gadam pietuvosies 10 miljardiem ASV dolāru.

 

Tehniskie izaicinājumi un risinājumi

 

Lai nodrošinātu uzticamu 200 G-par-joslu, ir jāpārvar vairāki tehniski šķēršļi. Pieaugot datu pārraides ātrumam, signāla integritāte kļūst arvien kritiskāka. Īsāki 200 G PAM4 signālu simbolu periodi atstāj mazāku rezervi trokšņiem, nervozitātei un izkliedei. Uzlabotas izlīdzināšanas metodes un precīzi laika atjaunošanas mehānismi palīdz uzturēt signāla kvalitāti, vienlaikus samazinot latentumu.

Šķiedru kvalitāte un savienotāju specifikācijas iegūst lielāku nozīmi, ja ātrums ir lielāks. Pat nelieli savienotāju zudumi vai šķiedras nepilnības, kas bija pieļaujamas pie 100 G, var būtiski ietekmēt veiktspēju pie 200 G. Tas veicina uzlabotu optisko komponentu, piemēram, zemu-zaudējumu MPO-12 savienotāju un īpaši-zemu-zaudējumu vienmoda šķiedras, kas optimizētas 1310 nm viļņu garumiem, ko parasti izmanto1,6 T optiskais raiduztvērējsīstenošanas.

Viļņa garuma kontrole rada vēl vienu izaicinājumu. Silīcija fotonikas modulatoriem ir temperatūras -atkarīga viļņa garuma novirze, kas jākompensē, izmantojot aktīvas termiskās pārvaldības vai viļņa garuma bloķēšanas metodes. Šiem mehānismiem ir jādarbojas, neieviešot latentumu, un ir nepieciešami sarežģīti vadības algoritmi, kas var pielāgot viļņa garumu reāllaikā, neveicot datu straumju buferizāciju.

 

Nākotnes attīstība

 

Ceļvedī, kas pārsniedz 1,6 T, jau ir izstrādāti 3,2 T un pat 6,4 T optiskie moduļi. Šie nākamās-paaudzes raiduztvērēji, visticamāk, izmantos 400 G-par-joslu, izmantojot uzlabotus modulācijas formātus un, iespējams, pāriet uz īsākiem viļņu garumiem ar lielāku joslas platuma potenciālu.

Vafeļu-līmeņa kop-iepakotā optika atspoguļo ilgāka-termiņa redzējumu, kurā optiskie starpsavienojumi tiek integrēti tieši pusvadītāju ražošanas procesā. Imec pētījumi liecina, ka šī pieeja varētu sasniegt joslas platuma blīvumu, kas tuvojas 10 Tb/s uz milimetru, ja enerģijas patēriņš ir mazāks par 1 pidžoulu bitā, lai gan komerciālā izvietošana vēl ir pēc vairākiem gadiem.

AI un mašīnmācīšanās integrācija tīkla optimizācijā pati par sevi rada interesantas iespējas. Viedie raiduztvērēji varētu pielāgot savus darbības parametrus, pamatojoties uz reāllaika{1}}saites apstākļiem, dinamiski līdzsvarojot latentumu, enerģijas patēriņu un uzticamību, jo darba slodzes prasības mainās visas dienas garumā.

 

 

Bieži uzdotie jautājumi

 

Cik lielu latentuma samazinājumu nodrošina 1,6 T optiskais raiduztvērējs salīdzinājumā ar 800 G?

Mūsdienīgs1,6 T optiskais raiduztvērējsmoduļi parasti nodrošina par 30–60% mazāku latentumu nekā līdzvērtīgi 800 G risinājumi, galvenokārt samazinot signāla apstrādes izmaksas un īsākus elektriskos ceļus. CPO ieviešana piedāvā vēl lielākus samazinājumus, pilnībā novēršot pievienojamā interfeisa latentumu.

Kāds ir 1,6 T optiskās saites tipiskais latentums?

Latentums no beigām-līdz{1}}beigām ir atkarīgs no attāluma un arhitektūras izvēles. Īsas-sasniedzamības saites, izmantojot analogo apstrādi, var sasniegt sub-mikrosekundes latentumus, savukārt garāki attālumi, kuriem nepieciešams DSP un FEC, parasti nodrošina 100–200 nanosekundes apstrādes aizkavi un izplatīšanās laiku caur šķiedru.

Kāpēc silīcija fotonika samazina latentumu?

Silīcija fotonika nodrošina optisko un elektronisko komponentu ciešu integrāciju vienā mikroshēmā, ievērojami saīsinot elektrisko signālu ceļus. Šī integrācija novērš garās PCB pēdas starp slēdžu ASIC un optiskajiem moduļiem, kas atrodami tradicionālajās arhitektūrās, samazinot gan izplatīšanās aizkavi, gan signāla kondicionēšanas prasības.

Vai 1.6T raiduztvērēji ir piemēroti finanšu tirdzniecības lietojumprogrammām?

Jā, uz silīcija fotonikas īpaši-zemā latentuma raksturlielumiem-1,6 T optiskais raiduztvērējsmoduļi padara tos labi{0}}piemērotus augstas-biežuma tirdzniecības vidēm, kur mikrosekundes-līmeņa latentums tieši ietekmē tirdzniecības stratēģijas veiktspēju un rentabilitāti.

---

Pāreja uz 1.6T optiskajiem starpsavienojumiem iezīmē nozīmīgu novirzes punktu datu centra arhitektūrā. Papildus neapstrādātiem joslas platuma uzlabojumiem latentuma samazinājums, ko nodrošina uzlabotais iepakojums un silīcija fotonika, paver jaunas iespējas izplatītām skaitļošanas lietojumprogrammām, kas iepriekš bija nepraktiskas. Tā kā AI darba slodze turpina virzīt infrastruktūras prasības, spēja ātrāk pārvietot datus ar mazāku latentumu kļūst arvien svarīgāka, lai saglabātu konkurences priekšrocības gan komerciālā, gan pētniecības skaitļošanas vidē.

Avoti

Credo tehnoloģija - Bluebird 1.6T Optical DSP paziņojums, 2025. gada septembris

LightCounting tirgus izpēte - Optisko raiduztvērēju tirgus prognoze 2025.–2029. gadam

Marvell Technology - 1.6T Silicon Photonics Light Engine demonstrācija, 2025. gada marts

Izaugsmes tirgus pārskati - 1.6T optisko uztvērēju tirgus izpētes ziņojums, 2025. gada augusts

Semtech - Low Power-Datacom 1.6T raiduztvērēju tīmekļseminārs, 2025. gada aprīlis

Keysight Technologies - 1.6T optisko raiduztvērēju testēšanas risinājumi, 2024–2025

Mordor Intelligence - Optical Interconnect Market Analysis, 2025. gads

Cignal AI - High-Speed ​​Datacom optiskā moduļa tirgus pārskats, 2025. gada janvāris

NVIDIA GTC 2025 - Quantum-X un Spectrum-X CPO Switch paziņojumi

Ayar Labs - Co-Packaged Optics Analysis, 2025. gada jūnijs