CPO (सह-पैक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स) तकनीक कुछ समय से मौजूद है, लेकिन अभी भी अपने विकास के चरणों में है। कॉर्निंग ऑप्टिकल कम्युनिकेशंस में ऑप्टिकल कंपोनेंट्स और इंटीग्रेशन के वरिष्ठ प्रबंधक एंड्रियास मैटिस ने समझाया कि कैसे सिलिकॉन-आधारित इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल कन्वर्टर्स को सिलिकॉन प्रोसेसर के जितना करीब संभव हो सके, रखने में कांच एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

डेटा सेंटर नेटवर्क तेजी से विकसित हो रहे हैं, और यह गति एआई के उदय और एआई क्लस्टर्स की बड़े पैमाने पर तैनाती के साथ तेज हो गई है। इस क्षेत्र में हालिया प्रगति महत्वपूर्ण रही है, खासकर NVIDIA के DGX SuperPOD आर्किटेक्चर और Google के TPU क्लस्टर्स की तैनाती के साथ। यह बदलाव उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग की मांग से प्रेरित है ताकि एआई प्रशिक्षण और अनुमान कार्यों का समर्थन किया जा सके। अकेले NVIDIA से अगले पांच वर्षों में सालाना लाखों एआई-अनुकूलित GPU यूनिट भेजने की उम्मीद है, जो 2028 तक एक महत्वपूर्ण पैमाने पर पहुंच जाएगा।

इन नेटवर्कों के निर्माण के लिए आवश्यक ट्रांससीवर इकाइयों की संख्या सालाना लाखों तक पहुंच जाएगी, और इन उपकरणों को 1.6Tbps और 3.2Tbps की अधिकतम गति से संचालित करने की आवश्यकता होगी। उद्योग विश्लेषकों का अनुमान है कि प्रत्येक एक्सेलेरेटर (GPU) भविष्य में 10 से अधिक ट्रांससीवर से लैस होगा, जिसका अर्थ है कि फाइबर ऑप्टिक कनेक्शन की मांग वर्तमान तैनाती स्तरों की तुलना में लगभग 10 गुना बढ़ जाएगी।

एक विशिष्ट डेटा सेंटर में, एक मानक प्लग करने योग्य ईथरनेट ट्रांससीवर लगभग 20 वाट बिजली की खपत करता है। अगली पीढ़ी के ट्रांससीवर से लगभग दोगुना बिजली की खपत होने की उम्मीद है। वर्तमान शिपमेंट के आधार पर, यह अनुमान है कि 2024 में ट्रांससीवर को बिजली देने के लिए लगभग 200 मेगावाट (MW) बिजली तैनात की जाएगी। ट्रांससीवर विकास के प्रक्षेपवक्र और ऑप्टिकल कनेक्टिविटी की मांग में दस गुना वृद्धि की उम्मीद के आधार पर, ट्रांससीवर बिजली तैनाती प्रति वर्ष 2 गीगावाट (GW) तक बढ़ने का अनुमान है, जो एक बड़े परमाणु ऊर्जा संयंत्र द्वारा उत्पन्न बिजली के बराबर है। इसमें होस्ट-साइड इलेक्ट्रॉनिक्स और डिवाइस फ्रंट एंड पर इंटीग्रेटेड सर्किट से ट्रांससीवर में डेटा संचारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रिकल रीटाइमर को बिजली देने के लिए आवश्यक बिजली शामिल नहीं है।

उदाहरण के लिए, एक मिलियन GPU से लैस एक AI डेटा सेंटर के लिए, CPO तकनीक पेश करने से डेटा सेंटर लगभग 150 मेगावाट बिजली उत्पादन क्षमता बचा सकता है। संबंधित बिजली उत्पादन सुविधाओं के निर्माण के लिए आवश्यक निवेश को कम करने के अलावा, यह तकनीक परिचालन लागत को भी काफी कम करती है—क्षेत्रीय ऊर्जा मूल्य अंतर के आधार पर, वार्षिक बिजली बचत आसानी से €100 मिलियन से अधिक हो सकती है। चीन में, "पूर्व-पश्चिम कंप्यूटिंग" पहल की प्रगति के साथ, सुपरकंप्यूटिंग केंद्रों (जैसे वूशी सनवे ताईहुलाइट) और इंटेलिजेंट कंप्यूटिंग केंद्रों (जैसे बीजिंग और शेनझेन में एआई कंप्यूटिंग क्लस्टर) में उच्च-बैंडविड्थ, कम-पावर ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट की मांग बढ़ रही है। CPO तकनीक से घरेलू स्तर पर उत्पादित GPU के लिए ऊर्जा की खपत को कम करने और दक्षता बढ़ाने की उम्मीद है। इस अस्थिर ऊर्जा खपत प्रवृत्ति का सामना करते हुए, नवाचार महत्वपूर्ण है।

CPO तकनीक का परिचय

CPO वह तकनीक है जो कम समय में इस ऊर्जा खपत बाधा को दूर करने की सबसे अधिक संभावना है। यह तकनीक इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण मॉड्यूल को फ्रंट पैनल पर ट्रांससीवर से डिवाइस के अंदरूनी हिस्से में स्थानांतरित करती है, आदर्श रूप से इसे सीधे CPU या GPU पैकेज सब्सट्रेट पर एकीकृत करती है। यह तांबे के चैनल में बिजली के नुकसान को कम करता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक ऊर्जा-कुशल लिंक होता है। प्लग करने योग्य ट्रांससीवर की तुलना में, बिजली की खपत 50% से अधिक कम की जा सकती है, और कुछ मामलों में, 75% तक। यह ऊर्जा-बचत लाभ न केवल उच्च-नुकसान वाले तांबे के चैनलों के उपयोग को कम करके प्राप्त किया जाता है, बल्कि डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP) को सरल बनाकर या यहां तक कि समाप्त करके भी प्राप्त किया जाता है, जो विद्युत सिग्नल ट्रांसमिशन नुकसान की भरपाई के लिए आवश्यक है।

संक्षेप में, CPO तकनीक उच्च गति, कम बिजली और कम विलंबता वाली ऑप्टिकल कनेक्टिविटी प्रदान करती है। ये विशेषताएं उन्नत एआई नेटवर्क के लिए महत्वपूर्ण हैं।

एक अन्य ऊर्जा-बचत विकल्प जिस पर विचार किया जा सकता है, वह है लीनियर प्लग करने योग्य ऑप्टिकल मॉड्यूल (LPO)। DSP चिप को खत्म करके, यह फ्रंट-पैनल प्लग करने योग्य ट्रांससीवर के फॉर्म फैक्टर और इकोसिस्टम को बनाए रखते हुए बिजली की खपत और विलंबता को कम करता है। जबकि CPO बेहतर सिग्नल अखंडता और कम विलंबता प्रदान करता है, LPO अधिक लागत प्रभावी है, खासकर कम-दूरी वाले अनुप्रयोगों के लिए। LPO की लागत-प्रभावशीलता और कम बिजली की खपत, इसकी त्वरित समय-से-बाजार के साथ मिलकर, CPO तकनीक को व्यापक रूप से अपनाने में देरी कर सकती है।

हालांकि, जैसे-जैसे लिंक की गति 200G और उससे आगे बढ़ती है, LPO CPO की तुलना में अधिक बिजली की खपत करता है और उच्च सिग्नल गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए प्रबंधित करना काफी मुश्किल हो जाता है। जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ती है, CPO के भविष्य में पसंदीदा समाधान बनने की उम्मीद है।

कांच CPO तकनीक को सशक्त बनाता है
कांच को अगली पीढ़ी की CPO तकनीक में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल कन्वर्टर्स (मुख्य रूप से सिलिकॉन फोटोनिक्स चिप्स) को वास्तविक सिलिकॉन प्रोसेसर (CPU और GPU) के जितना करीब संभव हो सके लाने के लिए, एक नई पैकेजिंग तकनीक की आवश्यकता होती है जो न केवल बड़े सब्सट्रेट आकारों का समर्थन करती है, बल्कि सिलिकॉन फोटोनिक्स चिप्स के लिए ऑप्टिकल कनेक्टिविटी को भी सक्षम करती है।

सेमीकंडक्टर पैकेजिंग पारंपरिक रूप से मुख्य रूप से कार्बनिक सब्सट्रेट पर निर्भर रही है। इन सामग्रियों में सिलिकॉन की तुलना में थर्मल विस्तार का गुणांक अधिक होता है, जो सेमीकंडक्टर पैकेज के अधिकतम आकार को सीमित करता है। जैसे-जैसे उद्योग मौजूदा कार्बनिक प्रौद्योगिकी प्लेटफार्मों पर बड़े पैकेज सब्सट्रेट के लिए आगे बढ़ रहा है, विश्वसनीयता संबंधी मुद्दे (जैसे सोल्डर जॉइंट अखंडता के मुद्दे और डेलमिनेशन का बढ़ता जोखिम) और विनिर्माण चुनौतियां (जैसे उच्च-गुणवत्ता वाले फाइन-पिच इंटरकनेक्ट स्ट्रक्चर और उच्च-घनत्व वायरिंग) तेजी से प्रमुख हो गए हैं, जिससे पैकेजिंग और परीक्षण लागत बढ़ रही है। हालांकि, अनुकूलित डिजाइन के माध्यम से, कांच थर्मल विस्तार गुणांक प्राप्त कर सकता है जो सिलिकॉन चिप्स के करीब मेल खाता है, पारंपरिक कार्बनिक सब्सट्रेट से आगे निकल जाता है। यह विशेष रूप से संसाधित ग्लास सब्सट्रेट असाधारण थर्मल स्थिरता प्रदर्शित करता है, जो तापमान में उतार-चढ़ाव के दौरान यांत्रिक तनाव और क्षति को कम करता है। इसकी बेहतर यांत्रिक शक्ति और चपलता चिप पैकेजिंग विश्वसनीयता के लिए एक ठोस आधार प्रदान करती है। इसके अतिरिक्त, ग्लास सब्सट्रेट उच्च इंटरकनेक्ट घनत्व और महीन पिचों का समर्थन करते हैं, जिससे विद्युत प्रदर्शन में सुधार होता है और परजीवी प्रभाव कम होते हैं। ये गुण कांच को उन्नत सेमीकंडक्टर पैकेजिंग के लिए एक अत्यधिक विश्वसनीय और सटीक विकल्प बनाते हैं। नतीजतन, सेमीकंडक्टर पैकेजिंग उद्योग अगली पीढ़ी की सब्सट्रेट तकनीक के रूप में उन्नत ग्लास सब्सट्रेट तकनीक को सक्रिय रूप से विकसित कर रहा है।

ग्लास वेवगाइड सब्सट्रेट
अपनी उत्कृष्ट थर्मल और यांत्रिक गुणों के अलावा, कांच को ऑप्टिकल वेवगाइड के रूप में कार्य करने के लिए भी हेरफेर किया जा सकता है। कांच में वेवगाइड आमतौर पर आयन विनिमय नामक प्रक्रिया के माध्यम से बनाए जाते हैं: कांच में आयनों को एक नमक समाधान से विभिन्न आयनों से बदल दिया जाता है, जिससे कांच का अपवर्तक सूचकांक बदल जाता है। प्रकाश को उच्च अपवर्तक सूचकांक वाले क्षेत्रों तक सीमित करके, ये संशोधित क्षेत्र प्रकाश का मार्गदर्शन कर सकते हैं। यह तकनीक वेवगाइड गुणों के सटीक ट्यूनिंग को सक्षम करती है, जो इसे विभिन्न प्रकार के ऑप्टिकल अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है। नतीजतन, फाइबर जैसी संरचनाओं वाले ऑप्टिकल वेवगाइड में, प्रकाश एकीकृत ग्लास वेवगाइड के साथ फैल सकता है और ऑप्टिकल फाइबर या सिलिकॉन फोटोनिक चिप्स में कुशलता से जोड़ा जा सकता है। यह कांच को उन्नत CPO अनुप्रयोगों के लिए एक आकर्षक सामग्री विकल्प बनाता है।

एक ही सब्सट्रेट पर विद्युत और ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट का एकीकरण भी उन इंटरकनेक्ट घनत्व चुनौतियों को हल करने में मदद करता है जिनका सामना कंपनियां बड़े एआई क्लस्टर बनाते समय करती हैं। वर्तमान में, ऑप्टिकल चैनलों की संख्या ऑप्टिकल फाइबर की ज्यामिति से सीमित है—एक विशिष्ट ऑप्टिकल फाइबर क्लैडिंग का व्यास 127 माइक्रोन है, जो मानव बाल की मोटाई के बारे में है। हालांकि, ग्लास वेवगाइड घने व्यवस्था को सक्षम करते हैं, जो प्रत्यक्ष फाइबर-टू-चिप कनेक्शन की तुलना में इनपुट/आउटपुट (I/O) घनत्व को काफी बढ़ाता है।

विद्युत और ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट का एकीकरण न केवल घनत्व के मुद्दों को हल करता है, बल्कि एआई क्लस्टर के समग्र प्रदर्शन और मापनीयता में भी सुधार करता है। ग्लास वेवगाइड की कॉम्पैक्ट प्रकृति अधिक ऑप्टिकल चैनलों को एक ही भौतिक स्थान के भीतर समायोजित करने की अनुमति देती है, जिससे सिस्टम की डेटा ट्रांसमिशन क्षमता और दक्षता बढ़ जाती है। यह प्रगति अगली पीढ़ी के एआई बुनियादी ढांचे के विकास को चलाने के लिए महत्वपूर्ण है—उन परिदृश्यों में जहां एआई सिस्टम को भारी मात्रा में डेटा संसाधित करना चाहिए, उच्च-घनत्व इंटरकनेक्ट तकनीक कुशल प्रबंधन की कुंजी है।

ग्लास वेवगाइड को एकीकृत करके, एक पूर्ण ऑप्टिकल सिस्टम को एक ही सब्सट्रेट पर बनाया जा सकता है, जिससे फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट ऑप्टिकल वेवगाइड के माध्यम से सीधे संवाद कर सकते हैं। यह प्रक्रिया ऑप्टिकल फाइबर इंटरकनेक्ट की आवश्यकता को समाप्त करती है और इंटर-चिप संचार की बैंडविड्थ और कवरेज में काफी सुधार करती है। कई परस्पर जुड़े घटकों वाले उच्च-घनत्व प्रणालियों में, ग्लास वेवगाइड का उपयोग असतत ऑप्टिकल फाइबर की तुलना में कम सिग्नल हानि, उच्च बैंडविड्थ घनत्व और अधिक स्थायित्व प्राप्त कर सकता है। ये फायदे ग्लास वेवगाइड को उच्च-प्रदर्शन ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट सिस्टम के लिए एक आदर्श विकल्प बनाते हैं।

CPO तकनीक को अगली पीढ़ी के डेटा सेंटर और AI सुपरकंप्यूटर नेटवर्क पर लागू करने से चिप-एस्केप बैंडविड्थ बढ़ सकती है, जिससे 102T और उससे ऊपर के उच्च-गति, उच्च-रेडिक्स स्विच के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं। नेटवर्क आर्किटेक्ट के पास अब नेटवर्क आर्किटेक्चर को फिर से कल्पना करने और फिर से डिजाइन करने का एक अनूठा अवसर है। बढ़ी हुई बैंडविड्थ और सरलीकृत नेटवर्क आर्किटेक्चर के लिए धन्यवाद, वे बेहतर नेटवर्क प्रदर्शन प्राप्त करेंगे, जिससे परिचालन दक्षता में सुधार और प्रक्रिया अनुकूलन होगा।

निष्कर्ष
CPO तकनीक में कई स्तरों पर AI इंटरकनेक्ट आर्किटेक्चर में क्रांति लाने की क्षमता है। यह ऊर्जा की खपत को काफी कम कर सकता है और स्थिरता में सुधार कर सकता है, जिससे एआई सिस्टम अधिक पर्यावरण के अनुकूल और लागत प्रभावी हो जाते हैं। इसके अतिरिक्त, CPO एआई सिस्टम की दक्षता और मापनीयता में सुधार करता है, जिससे वे आसानी से बड़े और अधिक जटिल कार्यों को संभाल सकते हैं। घनत्व के मुद्दों को संबोधित करके, CPO डेटा ट्रांसमिशन दरों को बढ़ा सकता है, जिससे एआई घटकों के बीच तेज़ और अधिक विश्वसनीय संचार सुनिश्चित होता है। यह भविष्य के एआई सिस्टम में बाधाओं को कम करने में भी मदद करेगा, जिससे सिस्टम का सुचारू और अधिक कुशल संचालन सुनिश्चित होगा।

भविष्य के एआई इंटरकनेक्ट से प्रत्यक्ष ऑप्टिकल लिंक पेश करने की उम्मीद है, जिससे कंप्यूटिंग स्विच की आवश्यकता समाप्त हो जाएगी। यह नवाचार एआई कार्यों के लिए बैंडविड्थ का विस्तार करेगा और बड़े डेटासेट को संसाधित करने की गति और दक्षता में सुधार करेगा। कांच, अपनी बेहतर डेटा ट्रांसमिशन क्षमताओं और मापनीयता के साथ, इन तकनीकी प्रगति को सक्षम करने के लिए एक आदर्श सामग्री है। ग्लास-आधारित ऑप्टिकल लिंक अगली पीढ़ी के एआई सिस्टम के लिए एक महत्वपूर्ण प्रवर्तक बन जाएंगे, जो उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग और उन्नत एआई अनुप्रयोगों के लिए एक अपरिहार्य बुनियादी ढांचा बनाते हैं।
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