CPO光電子共パッケージング技術の進化と進歩　パート2

CPOの進化と進歩光電子共同包装技術

光電子コパッケージングは​​新しい技術ではなく、その開発は1960年代に遡りますが、現時点では光電コパッケージングは​​単なるシンプルなパッケージです。光電子デバイス一緒に。1990年代までに、光通信モジュール業界では、光電コパッケージングが登場し始めました。今年、高性能コンピューティングと高帯域幅の需要が爆発的に増加したことで、光電コパッケージングとその関連技術が再び大きな注目を集めています。
技術開発の各段階においても、20/50Tb/sの要求に対応する2.5D CPOから始まり、50/100Tb/sの要求に対応する2.5DチップレットCPOを経て、最終的には100Tb/sの速度に対応する3D CPOを実現するなど、様々な形態が存在する。

2.5D CPOパッケージは光モジュールまた、ネットワークスイッチチップを同一基板上に配置することで配線距離を短縮し、I/O密度を高め、3D CPOは光ICを中間層に直接接続することで、50μm未満のI/Oピッチでの相互接続を実現します。その進化の目的は非常に明確で、光電変換モジュールとネットワークスイッチングチップ間の距離を可能な限り短縮することです。
現在、CPOはまだ黎明期にあり、歩留まりの低さやメンテナンスコストの高さといった問題が残っており、CPO関連製品を完全に提供できるメーカーは市場にほとんど存在しない。ブロードコム、マーベル、インテル、そしてごく少数の企業だけが、独自のソリューションを市場に提供している。
マーベルは昨年、VIA-LASTプロセスを用いた2.5D CPOテクノロジー・スイッチを発表しました。シリコン光チップの加工後、OSATの処理能力でTSV加工を行い、その後、シリコン光チップに電気チップのフリップチップを追加します。16個の光モジュールとスイッチングチップであるMarvell Teralynx7がPCB上で相互接続され、スイッチを形成します。これにより、12.8Tbpsのスイッチング速度を実現できます。

今年のOFCでは、ブロードコムとマーベルも、光電子コパッケージング技術を用いた最新世代の51.2Tbpsスイッチチップを披露した。
Broadcomの最新世代CPOの技術詳細によると、CPO 3Dパッケージはプロセス改良によりI/O密度が向上し、CPOの消費電力は5.5W/800Gと非常に優れたエネルギー効率比を実現しています。同時に、Broadcomは200Gbpsと102.4TのCPOという単一波も打ち破っています。
シスコはCPO技術への投資も拡大しており、今年のOFCではCPO製品のデモンストレーションを実施し、より統合されたマルチプレクサ／デマルチプレクサにおけるCPO技術の蓄積と応用を示した。シスコは、51.2TbスイッチでのCPOのパイロット導入を実施し、その後102.4Tbスイッチサイクルで大規模導入を行う予定だと述べた。
インテルは長年にわたりCPOベースのスイッチを導入しており、近年ではAyar Labsと協力して、より広帯域な信号相互接続のためのコパッケージソリューションの研究開発を継続し、光電子コパッケージおよび光相互接続デバイスの量産化への道を開いてきた。
プラグインモジュールは依然として第一の選択肢ではあるものの、CPOがもたらす総合的なエネルギー効率の向上は、ますます多くのメーカーを惹きつけている。LightCountingによると、CPOの出荷量は800Gおよび1.6Tポートから大幅に増加し始め、2024年から2025年にかけて徐々に商用化され、2026年から2027年にかけて大規模な市場規模に達すると予測されている。同時に、CIRは、光電トータルパッケージングの市場収益が2027年には54億ドルに達すると予測している。

TSMCは今年初め、ブロードコム、NVIDIAなどの大手顧客と提携し、シリコンフォトニクス技術、共通パッケージング光部品（CPO）などの新製品、45nmから7nmまでのプロセス技術を共同開発すると発表し、来年後半には大型受注に対応し始め、2025年頃には量産段階に達すると述べている。
フォトニックデバイス、集積回路、パッケージング、モデリング、シミュレーションなどを含む学際的な技術分野であるCPO技術は、光電子融合によってもたらされた変化を反映しており、データ伝送にもたらされた変化は間違いなく革新的です。CPOの応用は長らく大規模データセンターに限られるかもしれませんが、大規模なコンピューティング能力と高帯域幅の要求がさらに拡大するにつれて、CPO光電共封止技術は新たな戦場となっています。
CPO分野のメーカーは概して、2025年が重要な節目になると見込んでおり、これは102.4Tbpsの通信速度を持つ節目でもあり、プラグインモジュールの欠点がさらに顕著になるだろう。CPOの実用化はゆっくりと進むかもしれないが、高速・高帯域幅・低消費電力ネットワークを実現する唯一の方法は、間違いなく光電子コパッケージングである。