NVIDIA 通過(guò)光、電組件的無(wú)縫集成，重塑數(shù)據(jù)中心互連新格局。這一突破的關(guān)鍵在于與整個(gè)行業(yè)的合作伙伴的緊密合作。

NVIDIA 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)整合了來(lái)自領(lǐng)先合作伙伴的各種前沿技術(shù)，特別在先進(jìn)的制程工藝、尖端的激光技術(shù)以及最新的光纖到芯片方案等。通過(guò)全面協(xié)調(diào)整體方案設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，NVIDIA 不僅整合了世界一流的硬件，還集成了可擴(kuò)展、高可靠且高性能的光系統(tǒng)所需的各種技術(shù)，形成了一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，滿(mǎn)足了日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐量和節(jié)能設(shè)計(jì)需求，為未來(lái)光互連技術(shù)樹(shù)立了新標(biāo)準(zhǔn)。

加入我們，深入探索NVIDIA CPO平臺(tái)背后的技術(shù)創(chuàng)新、生態(tài)合作以及技術(shù)基石——光芯片、電芯片、光纖、封裝、連接器和激光源等。通過(guò)剖析這些前沿科技，我們將全面揭示 NVIDIA 生態(tài)系統(tǒng)如何推動(dòng)可擴(kuò)展、高能效的 AI 工廠(chǎng)互連的未來(lái)發(fā)展。

TSMC 助力攻克 MRM（微環(huán)調(diào)制器）難關(guān)

CPO 技術(shù)創(chuàng)新的核心在于 NVIDIA 的 MRM（微環(huán)調(diào)制器）硅光引擎，這是一項(xiàng)可以重新定義光互連的密度和效率的突破性技術(shù)。在每個(gè)波長(zhǎng)采用 200Gbps PAM4 直接調(diào)制的設(shè)計(jì)中，采用 MRM 可以顯著降低空間占用，從而在保持物理面積緊湊的同時(shí)實(shí)現(xiàn)卓越的數(shù)據(jù)吞吐能力。這種高度集成技術(shù)是設(shè)計(jì)新一代數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和處理器所追求的封裝盡量小、功耗盡量低和散熱易管理的關(guān)鍵。

與 TSMC 的深度合作，幫助 NVIDIA 成功解決了 MRM 在大規(guī)模生產(chǎn)上長(zhǎng)期存在的多項(xiàng)制造難題，包括制造過(guò)程的精確控制、緩解熱敏感度的影響以及高速調(diào)制的一致性。通過(guò)先進(jìn)的制程工藝與精細(xì)的控制技術(shù)，NVIDIA 與 TSMC 實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定且可重復(fù)的性能表現(xiàn)，確保即使在極小的幾何面積，每個(gè)調(diào)制器都能滿(mǎn)足超大規(guī)模部署所要求的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。

MRM 的獨(dú)特之處在于兼具小巧的尺寸與出色的熱控性能。這種在尺寸與穩(wěn)定性上的完美結(jié)合，突破了傳統(tǒng)體積較大的調(diào)制器所帶來(lái)的設(shè)計(jì)局限，釋放了在單個(gè)封裝內(nèi)光互連吞吐量實(shí)現(xiàn)多通道擴(kuò)展的潛力。由此，得以構(gòu)建高密度的高速互連陣列，在不增加功耗與散熱負(fù)擔(dān)的前提下，顯著提升每個(gè)設(shè)備的帶寬。

通過(guò)緊湊、優(yōu)化的光電引擎提升能效

當(dāng)光路和電路被封裝在一起時(shí)，可最大限度地減少相關(guān)信號(hào)損失。通過(guò)將 CMOS 與光組件在彼此間距僅幾微米的空間內(nèi)堆疊封裝在一起，且，實(shí)現(xiàn)了超高密度和高效率的集成。既降低了功耗，又為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心環(huán)境所需的既緊湊、又容易管理散熱模塊化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。

微透鏡的晶圓級(jí)集成縮短了光纖對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的時(shí)間和降低了對(duì)精度的敏感性。這一進(jìn)步簡(jiǎn)化了制造流程，提升了可擴(kuò)展性，使得高性能光模組的晶圓級(jí)制造成為可能。

通過(guò)模塊化光學(xué)子組件保障快速部署

Quantum-X Photonics 交換機(jī)采用了一種專(zhuān)為新一代數(shù)據(jù)中心提供前所未有的帶寬與連接能力的精密光學(xué)子組件。每個(gè)光學(xué)子組件設(shè)計(jì)可支持 4.8 Tbps 的發(fā)送帶寬和 4.8 Tbps 的接收帶寬，成為實(shí)現(xiàn)超高容量光數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵基石，其核心在于三個(gè)基于 COUPE 技術(shù)的光引擎，每個(gè)引擎均可提供 1.6 Tbps 的發(fā)送和 1.6 Tbps 的接收吞吐量。這些光引擎通過(guò)先進(jìn)的光電電路集成在一起，利用 TSMC 的 COUPE 技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了高度緊湊的聯(lián)合封裝，還具備出色的功率效率和熱效率。

每個(gè)光引擎支持發(fā)送和接收各 8 個(gè) 200Gbps 的 PAM4 通道，實(shí)現(xiàn)了 8 發(fā)和 8 收的并發(fā)，每個(gè)光引擎內(nèi)置 2 個(gè)激光輸入光纖接口。該配置確保了交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)與光接口之間具備低延遲、高吞吐量的通信能力，可直接滿(mǎn)足 AI 驅(qū)動(dòng)和超大規(guī)模環(huán)境的需求。該組件的一項(xiàng)重要進(jìn)步在于采用基于插槽的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從電氣接口到主交換機(jī)封裝的模塊化連接，支持現(xiàn)場(chǎng)的快速部署與維護(hù)。

與此同時(shí)，子組件與光學(xué)引擎之間的光纖接口采用全密封設(shè)計(jì)。這種防污染的氣密結(jié)構(gòu)能夠確保長(zhǎng)期的可靠性和性能，即使在運(yùn)營(yíng)需求不斷增長(zhǎng)的情況下亦能穩(wěn)定運(yùn)行。

每個(gè) Quantum-X 交換機(jī) ASIC 通過(guò)六個(gè)高容量光學(xué)子組件提供 28.8 Tbps 的全雙工帶寬。這些子組件無(wú)縫集成在交換機(jī)封裝的內(nèi)部接口上，確保了高密的電熱耦合，實(shí)現(xiàn)了在這一高度集成的架構(gòu)中為交換芯片及所有光學(xué)模塊提供高效的液冷效果。Quantum-X Photonics 液冷交換機(jī)系統(tǒng) Q3450 搭載四個(gè) Quantum-X 芯片，可在 144 個(gè)端口上提供總計(jì) 115.2 Tbps 的全雙工帶寬，每個(gè)端口速率為 800 Gbps，為 NVIDIA AI 工廠(chǎng)提供低延遲和卓越的可擴(kuò)展性。

Spectrum-X Ethernet Photonics 多芯片模組封裝實(shí)現(xiàn)了迄今為止最密集的光電集成，單個(gè)緊湊空間內(nèi)集成了 32 個(gè)硅光引擎。每個(gè)光引擎均配備 16 個(gè)發(fā)送通道和 16 個(gè)接收通道，單引擎可提供高達(dá) 3.2 Tbps 的帶寬，總聚合帶寬更是前所未有。

這些先進(jìn)的引擎直接通過(guò)回流焊直接焊接至模組基板，確保在大規(guī)模制造中實(shí)現(xiàn)可靠的電氣連接和卓越的穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)能在一個(gè)小封裝內(nèi)支持 512 個(gè) 200Gbps 吞吐量的通道，在優(yōu)化功耗與散熱管理的同時(shí)，顯著提升了數(shù)據(jù)通道密度。

該模組采用可插拔式光學(xué)連接器，實(shí)現(xiàn)與外部的無(wú)縫連接，提升了裝配良率，支持完全自動(dòng)化的大規(guī)模制造流程。這種創(chuàng)新接口不僅簡(jiǎn)化了光纖連接，還確保了連接的精度與可重復(fù)性。使 Spectrum-X Ethernet Photonics 封裝成為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和新一代 AI 基礎(chǔ)設(shè)施的變革性解決方案。

外部激光源如何在Photonics Switch 中實(shí)現(xiàn)可靠、可擴(kuò)展的光源

在 Quantum-X Photonics 和 Spectrum-X Ethernet Photonics 交換機(jī)中，支撐光學(xué)性能的核心是其先進(jìn)的外部激光源（ELS）模塊，一種高功率，可更換的組件，重塑了激光源是如何將光傳輸?shù)絻?nèi)置光引擎的方式。ELS 模塊位于獨(dú)立于主交換機(jī)機(jī)箱的專(zhuān)用熱控環(huán)境中，確保每個(gè)激光器均在穩(wěn)定的散熱條件下運(yùn)行。這不僅有效減少了波長(zhǎng)漂移，還能緩解老化機(jī)制可能導(dǎo)致的早期故障。

這種方法解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心光學(xué)系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在的一個(gè)可靠性瓶頸：反復(fù)的熱循環(huán)會(huì)顯著縮短激光器的使用壽命，導(dǎo)致昂貴的網(wǎng)絡(luò)中斷和維護(hù)問(wèn)題。

NVIDIA 采用的高功率 ELS 模組，使 Quantum-X Photonics 和 Spectrum-X Ethernet Photonics 交換機(jī)能夠集中生成光源，相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)中心的激光器總數(shù)減少了 4 倍。這種集成化設(shè)計(jì)不僅降低了投資和運(yùn)營(yíng)成本，還減少了因單個(gè)激光器故障導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷風(fēng)險(xiǎn)。

每個(gè) ELS 模塊均采用模塊化設(shè)計(jì)，支持現(xiàn)場(chǎng)更換，使數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商能夠在不干擾周邊交換機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下更換 ELS。該模塊化設(shè)計(jì)兼容標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制器外形規(guī)格，有助于簡(jiǎn)化維護(hù)流程，實(shí)現(xiàn)快速故障隔離，從而在最大限度減少服務(wù)中斷的同時(shí)，確保網(wǎng)絡(luò)的完整性。

詳細(xì)了解 NVIDIA CPO 平臺(tái)

Quantum-X Photonics 和 Spectrum-X Ethernet Photonics 是 NVIDIA 與生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴多年攜手創(chuàng)新的成果。這些一體封裝的交換機(jī)能夠應(yīng)對(duì)硅材料與晶體管層面的復(fù)雜挑戰(zhàn)，同時(shí)在散熱管理、可靠性、大規(guī)模光纖與芯片集成，以及激光性能一致性等方面表現(xiàn)出色。

Quantum-X Photonics 和 Spectrum-X Ethernet Photonics 是支撐新一代 AI 工廠(chǎng)的關(guān)鍵支柱，能夠?qū)崿F(xiàn)高度可靠且節(jié)能高效的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。通過(guò)融合模塊化設(shè)計(jì)、高能效與穩(wěn)健的工程架構(gòu)，這些平臺(tái)可確保數(shù)據(jù)中心無(wú)縫擴(kuò)展，滿(mǎn)足 AI 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)需求，進(jìn)一步鞏固 NVIDIA 在未來(lái)數(shù)據(jù)中心連接領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。