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

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

加入我們，深入探索NVIDIA CPO平臺背后的技術(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)如何推動可擴展、高能效的 AI 工廠互連的未來發(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)。在每個波長采用 200Gbps PAM4 直接調(diào)制的設(shè)計中，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實現(xiàn)卓越的數(shù)據(jù)吞吐能力。這種高度集成技術(shù)是設(shè)計新一代數(shù)據(jù)中心交換機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)上長期存在的多項制造難題，包括制造過程的精確控制、緩解熱敏感度的影響以及高速調(diào)制的一致性。通過先進的制程工藝與精細的控制技術(shù)，NVIDIA 與 TSMC 實現(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，每個調(diào)制器都能滿足超大規(guī)模部署所要求的嚴苛標準。

MRM 的獨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)制器所帶來的設(shè)計局限，釋放了在單個封裝內(nèi)光互連吞吐量實現(xiàn)多通道擴展的潛力。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擔(dān)的前提下，顯著提升每個設(shè)備的帶寬。

通過緊湊、優(yōu)化的光電引擎提升能效

當光路和電路被封裝在一起時，可最大限度地減少相關(guān)信號損失。通過將 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)計創(chuàng)造了條件。

微透鏡的晶圓級集成縮短了光纖對準過程的時間和降低了對精度的敏感性。這一進步簡化了制造流程，提升了可擴展性，使得高性能光模組的晶圓級制造成為可能。

通過模塊化光學(xué)子組件保障快速部署

Quantum-X Photonics 交換機采用了一種專為新一代數(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。每個光學(xué)子組件設(shè)計可支持 4.8 Tbps 的發(fā)送帶寬和 4.8 Tbps 的接收帶寬，成為實現(xiàn)超高容量光數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵基石，其核心在于三個基于 COUPE 技術(shù)的光引擎，每個引擎均可提供 1.6 Tbps 的發(fā)送和 1.6 Tbps 的接收吞吐量。這些光引擎通過先進的光電電路集成在一起，利用 TSMC 的 COUPE 技術(shù)，不僅實現(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。

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

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

每個 Quantum-X 交換機 ASIC 通過六個高容量光學(xué)子組件提供 28.8 Tbps 的全雙工帶寬。這些子組件無縫集成在交換機封裝的內(nèi)部接口上，確保了高密的電熱耦合，實現(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 液冷交換機系統(tǒng) Q3450 搭載四個 Quantum-X 芯片，可在 144 個端口上提供總計 115.2 Tbps 的全雙工帶寬，每個端口速率為 800 Gbps，為 NVIDIA AI 工廠提供低延遲和卓越的可擴展性。

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

這些先進的引擎直接通過回流焊直接焊接至模組基板，確保在大規(guī)模制造中實現(xiàn)可靠的電氣連接和卓越的穩(wěn)定性。該設(shè)計能在一個小封裝內(nèi)支持 512 個 200Gbps 吞吐量的通道，在優(yōu)化功耗與散熱管理的同時，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，實現(xiàn)與外部的無縫連接，提升了裝配良率，支持完全自動化的大規(guī)模制造流程。這種創(chuàng)新接口不僅簡化了光纖連接，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 中實現(xiàn)可靠、可擴展的光源

在 Quantum-X Photonics 和 Spectrum-X Ethernet Photonics 交換機中，支撐光學(xué)性能的核心是其先進的外部激光源（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 模塊位于獨立于主交換機機箱的專用熱控環(huán)境中，確保每個激光器均在穩(wěn)定的散熱條件下運行。這不僅有效減少了波長漂移，還能緩解老化機制可能導(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)中長期存在的一個可靠性瓶頸：反復(fù)的熱循環(huán)會顯著縮短激光器的使用壽命，導(dǎo)致昂貴的網(wǎng)絡(luò)中斷和維護問題。

NVIDIA 采用的高功率 ELS 模組，使 Quantum-X Photonics 和 Spectrum-X Ethernet Photonics 交換機能夠集中生成光源，相較于傳統(tǒng)設(shè)計，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)計不僅降低了投資和運營成本，還減少了因單個激光器故障導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷風(fēng)險。

每個 ELS 模塊均采用模塊化設(shè)計，支持現(xiàn)場更換，使數(shù)據(jù)中心運營商能夠在不干擾周邊交換機基礎(chǔ)設(shè)施的情況下更換 ELS。該模塊化設(shè)計兼容標準調(diào)制器外形規(guī)格，有助于簡化維護流程，實現(xiàn)快速故障隔離，從而在最大限度減少服務(wù)中斷的同時，確保網(wǎng)絡(luò)的完整性。

詳細了解 NVIDIA CPO 平臺

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能夠應(yīng)對硅材料與晶體管層面的復(fù)雜挑戰(zhàn)，同時在散熱管理、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。通過融合模塊化設(shè)計、高能效與穩(wěn)健的工程架構(gòu)，這些平臺可確保數(shù)據(jù)中心無縫擴展，滿足 AI 驅(qū)動應(yīng)用的指數(shù)級增長需求，進一步鞏固 NVIDIA 在未來數(shù)據(jù)中心連接領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。