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Was ist CPO (Co-Packaged Optics)?

Technik, die die optischen Sende- und Empfangskomponenten (optische Engines) im selben Gehäuse wie einen Switch-IC o. Ä. unterbringt. Kürzere elektrische Verbindungen senken die Energie pro Bit, doch die Optik lässt sich nicht durch Ab- und Anstecken austauschen, daher werden Tests vor der Montage und externe Laserquellen wichtig.

Japanische Bezeichnung: CPO(コパッケージドオプティクス)

„CPO (Co-Packaged Optics)“ kommt in 6 Übungsfragen aus 2 Themen vor, z. B. Siliziumphotonik, Fortgeschrittene Technologien (3D-Integration, Chiplets).

Fachgebiet: Siliziumphotonik

Jetzt üben: Fragen zu CPO (Co-Packaged Optics)

Welche Aussage zu den Herausforderungen von CPO (Co-Packaged Optics), bei dem die optischen Sende- und Empfangskomponenten im selben Gehäuse wie der Switch-IC montiert werden, ist richtig?

  1. AFallen optische Komponenten aus, können sie nicht modulweise getauscht werden, sodass hohe Zuverlässigkeit und eine gründliche Prüfung vor der Montage nötig sind
  2. BDie elektrische Verbindung zwischen Switch-IC und optischen Komponenten wird länger, sodass die Leistungsaufnahme höher als bei steckbaren Modulen ist
  3. CDer Schritt des Anschließens von Glasfasern an das Gehäuse entfällt, dafür ist die Übertragungsreichweite auf einige cm begrenzt
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Antwort: A. Fallen optische Komponenten aus, können sie nicht modulweise getauscht werden, sodass hohe Zuverlässigkeit und eine gründliche Prüfung vor der Montage nötig sind

Bei CPO wird die optische Engine direkt neben dem Switch-IC platziert; die elektrischen Verbindungen werden kürzer, die Leistungsaufnahme pro Bit sinkt, und viele optische Verbindungen lassen sich dicht anordnen. Im Gegenzug können ausgefallene optische Komponenten nicht über die Frontplatte durch Ein- und Ausstecken ersetzt werden, und der Ausfall betrifft das gesamte Gehäuse. Daher ist es wichtig, vor der Montage im Wafer- oder Chipzustand zu prüfen und nur gute Teile zu verwenden sowie den ausfallanfälligen Laser außerhalb des Gehäuses unterzubringen. Weitere Herausforderungen sind der Betrieb optischer Komponenten in der Nähe des heißen Switch-ICs und der Prozess, viele Fasern präzise anzuschließen.

Bei CPO wird häufig eine externe Laserlichtquelle in Betracht gezogen, bei der die Laserquelle außerhalb des Switch-IC-Gehäuses sitzt und nur das Licht über Fasern zugeführt wird. Was ist der Hauptgrund dafür?

  1. AWeil Wirkungsgrad und Lebensdauer von Lasern bei hohen Temperaturen leicht sinken, sodass man sie vom stark wärmeerzeugenden Switch-IC fernhält und sie zudem leichter austauschen kann
  2. BWeil die Kopplungsverluste beim Transport des Lichts über Fasern vollständig verschwinden, wenn der Laser außerhalb des Gehäuses sitzt
  3. CWeil Silizium-Modulatoren auch ohne Laserlicht allein mit elektrischen Signalen Licht erzeugen können
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Antwort: A. Weil Wirkungsgrad und Lebensdauer von Lasern bei hohen Temperaturen leicht sinken, sodass man sie vom stark wärmeerzeugenden Switch-IC fernhält und sie zudem leichter austauschen kann

Bei Halbleiterlasern steigt mit zunehmender Temperatur der Schwellstrom, der Wirkungsgrad sinkt, und die Degradation beschleunigt sich. Bei CPO sitzt die optische Engine direkt neben einem Switch-IC mit einer Leistungsaufnahme von mehreren hundert W; befände sich der Laser im Gehäuse, müsste er unter harten Temperaturbedingungen arbeiten. Mit einer externen Laserlichtquelle kann er an einem vergleichsweise kühlen Ort betrieben und etwa über die Frontplatte ein- und ausgesteckt und getauscht werden. Dafür kommen Kopplungsverluste für die Führung des Laserlichts über Fasern zur optischen Engine hinzu, und die Laserleistung muss entsprechend erhöht werden. Modulatoren erzeugen kein Licht.

„CPO (Co-Packaged Optics)“ in den Erläuterungen

Fragen mit „CPO (Co-Packaged Optics)“ (6)

  1. Welche Aussage zu den Herausforderungen von CPO (Co-Packaged Optics), bei dem die optischen Sende- und Empfangskomponenten im selben Gehäuse wie der Switch-IC montiert werden, ist richtig?
  2. Bei CPO wird häufig eine externe Laserlichtquelle in Betracht gezogen, bei der die Laserquelle außerhalb des Switch-IC-Gehäuses sitzt und nur das Licht über Fasern zugeführt wird. Was ist der Hauptgrund dafür?
  3. Warum ist bei CPO, bei dem optische Komponenten zusammen mit Switch-ICs usw. in einem Gehäuse integriert werden, die Prüfung der optischen Eigenschaften im Waferzustand vor der Montage besonders wichtig?
  4. Welche Aussage zu den Vorteilen steckbarer optischer Transceiver, die in die Frontplatte eines Switches gesteckt werden, ist richtig?
  5. Welcher Wert liegt der Leistungsaufnahme der optischen Verbindungen am nächsten, wenn bei einem Switch mit einer Gesamtbandbreite von 51,2 Tb/s alle optischen Verbindungen mit 5 pJ pro Bit arbeiten?
  6. Wie heißt die Technik, bei der Switch-ICs und optische Sende-/Empfangskomponenten dicht beieinander im selben Gehäuse montiert werden, um die elektrischen Leitungen zu verkürzen und die Leistungsaufnahme zu senken?

Verwandte Begriffe

Bitfehlerrate (BER) KGD (Known Good Die) Gitterkoppler BGA (Ball Grid Array) Ausbreitungsverlust Brechungsindex C-Band Chromatische Dispersion Extinktionsverhältnis Kantenkoppler

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