ECOC 2025 技術焦點：Broadcom × Corning 談 102.4 Tb/s CPO 交換機設計考量

drshawnchang
10月1日
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前言

隨著 AI 工廠與超大規模資料中心推動 1.6T/3.2T 模組與 CPO (Co-Packaged Optics)，系統架構的挑戰從單一模組延伸到整機設計。Broadcom 與 Corning 在 ECOC 2025 的演講聚焦於 102.4 Tb/s CPO Ethernet 交換機系統，提出設計上需同時滿足 密度、效能、可靠性、以及可組裝性四大核心指標。

內容

1. 三大核心設計目標

密度 (Density)
- 目標：≥1 Tb/s per mm shoreline density。
- 光纖需求：數千芯纖維需在緊湊空間內整齊排布。
- 前面板設計：1RU 內可支援 64 高密度連接器 (如 MMC)，對應 1024 信號光纖，在 200G/lane 下即可達到 102 Tb/s。
- 未來演進：多核心光纖 (MCF) 與玻璃基板導波結構可再提升 4× 密度。
效能 (Performance)
- 插入損耗 (Insertion Loss)：必須低於 3.5 dB，越低越好。
- 光耦合挑戰：PIC 與光纖耦合損耗 ~1–2 dB，取決於 edge coupling 或 surface coupling。
- 光纖彎曲：>30 mm 半徑時損耗可忽略，但需避免多路徑干擾 (MPI)。
- 偏振消光比 (PER)：外部雷射與 PM 光纖的對準需達到 10–15 dB，避免旋轉與機械應力引起的性能劣化。
可靠性 (Reliability)
- 原則：光纖與光連接的可靠性必須優於 ASIC，不能成為系統瓶頸。
- FIT (Failure in Time) 測試：
  - 光纖與 FAU 的 FIT <1/10^9 小時。
  - 單一 harness <1 FIT，整機 (32 harness × 36 fibers) <40 FIT。
- 光纖彎曲半徑過小 (<10 mm) 會顯著增加失效率。
- FAU 已累積超過 10 億小時的現場數據，證實高可靠性。

2. 液冷與組裝挑戰

液冷設計：
- 提升散熱能力，但佔用箱體內部空間，使光纖排布更複雜。
可組裝性 (Ease of Assembly)：
- 採用 預組裝、預測試的光學子模組 (known-good sub-assembly)，避免最終組裝時處理單根光纖。
- 組裝需保證光纖彎曲半徑符合規範，並確保連接器可易於維護。

3. 系統層級設計思維

整機視角：必須同時考量 光學、機構、散熱、裝配，而非單一元件最佳化。
102.4 Tb/s CPO 交換機案例：
- 採 1RU 格式，整合 1000+ 光纖。
- 光引擎 (OE) 以 6.4 Tb/s 單元環繞 ASIC 排布。
- 高密度光纖基礎設施 + 液冷散熱協同設計，保證系統效能與可靠性。