12/31/2024，光纖在線訊， 我們驚嘆于人工智能（AI）帶來的無限可能，但是我們往往卻忽略了AI所需的數(shù)據(jù)處理能力和組件。本文中，作者將闡述在設計和部署光電共封裝的光纖基礎設施時，用戶應該考慮的因素。

什么是光電共封裝？
       光電共封裝（Co-packaged Optics，簡稱CPO）是通過將交換系統(tǒng)或處理系統(tǒng)中的光學器件和電子元件封裝在一起，以提升數(shù)據(jù)中心網絡和處理帶寬、密度和功效的一種技術架構。CPO能夠通過提高數(shù)據(jù)傳輸速度和數(shù)據(jù)密度、降低延時，并提高系統(tǒng)的整體功效，從而推動人工智能的大幅提升。

光纖的可靠性非常重要

       大量采用CPO的用戶面臨一項重要挑戰(zhàn)，就是他們需要避免在系統(tǒng)組裝的過程中出現(xiàn)光纖損壞或故障，因為這會影響整個CPO系統(tǒng)的可靠性。如果一條或多條光纖束的玻璃表面出現(xiàn)拉伸裂紋、劃痕或劃傷，將會削弱光纖性能，這可能導致相關光路出現(xiàn)故障。由于在裸玻璃內部，即使是最輕微的接觸也可能導致故障，影響光纖的使用壽命，因此，我們需要使用高強度的聚合物涂層來隔離玻璃表面。

       導致光纖應力的最常見的原因是彎曲。因此，設計人員在CPO交換機或處理盒內布置光纖基礎設施時，必須考慮彎曲配置對光損耗及光路可靠性的影響。無論是從質量還是數(shù)量上來說，康寧生產的硅基玻璃光纖都是一種可靠的解決方案。康寧進行了大量測試來確定強度分布。正如白皮書中所述，光纖故障率會隨著彎曲半徑的減小而迅速增加。對于使用大量光纖的系統(tǒng)（如采用平行光學的高帶寬交換機）而言，了解這一因素尤為重要，因為這是對光纖可靠性造成累加影響的關鍵因素。

       下圖（圖1）展示了專為CPO光纖基礎設施而設計的光纖帶管理設備的概念。它提供了松弛管理能力，可實現(xiàn)實際的光纜長度公差，這種機制可通過控制光纖帶的彎曲半徑來避免過度彎曲，并通過堆疊來滿足大芯數(shù)光纖配置的要求。

圖1：CPO光纖帶部署概念，能夠管理因制造誤差或使用單一光纖帶跳線長度連接不同路徑而產生的松弛。

       我們利用可靠性數(shù)據(jù)和模型計算出了部署在儲線器中不同芯數(shù)光纖帶的五年故障率。在此類儲線器中，最小彎曲半徑由內置法蘭來設置。下圖（圖2）曲線圖顯示，在彎曲半徑一定的情況下，光纖斷裂的概率隨著光纖盒內光纖數(shù)量的增加而增加。

圖2：在不同光纖帶數(shù)量和不同儲線器設計半徑的情況下的模擬故障率（這里的故障是指至少有一根光纖斷裂）。虛線表示1-FIT概率水平。

        CPO盒內的光纖布局設計必須考慮光纖應力極限和光纖涂層的熱環(huán)境，以確保對光纖的保護、可靠性和使用壽命。標準光纖涂層可承受CPO組件操作環(huán)境下的預期高溫。盡管市場上有專用高溫涂層，但我們仍應當避免潛在的發(fā)熱點，以消除涂層退化的風險。因此，設計人員應考慮使用間隔器或路由硬件，以確保光纖基礎設施始終處于一個適宜的微環(huán)境中。

       涂層所處的機械環(huán)境也是一個重要的考慮因素，因為一旦涂層喪失完整性，可能會導致玻璃表面損壞，從而影響光纖的使用壽命。因此，必須避免擠壓、磨損和劃傷，以防止涂層失效。

       此外，應避免將光纖排布在粗糙或尖銳的物體表面，或將其穿過狹窄的開口，否則隨著時間的推移，加之機械沖擊和振動，可能會導致光路損壞并最終出現(xiàn)故障。光纖連接的應力消除結構必須遵守制造商規(guī)定的光纖及其封裝（光纜和光纖帶等）應力限制。

可靠的光纖該如何設計與處理？

       服務器機架內的光纖配置設計對CPO系統(tǒng)的性能、使用壽命和可靠性有著至關重要的影響?？茖W的設計原則包括：盡可能避免不同光纖組件的交織或纏繞（如圖3）；確保每個光纖組件都易于接近；提供清晰的基礎構架作業(yè)路徑，以最大限度地降低光纖纏繞或被擠壓的風險。

圖 3：光纖路由示例，光纖盒內不存在纏繞的情況（圖片由Micas Networks公司提供）

       在實施階段，也就是在CPO系統(tǒng)內部署光纖基礎設施的過程中，必須避免可能影響可靠性的三個因素，即：損壞玻璃表面、施加過大的拉伸應力及損壞涂層的完整性。由于接觸光纖玻璃可能造成微小的表面缺陷，從而導致光纖故障，因此應避免裸玻璃與光纖盒內組件的接觸。此外，應避免可能對光纖涂層造成損壞的尖銳邊緣（如劃痕、劃傷和刺傷等）。應避免微小的固體顆粒或滴液等微粒，并控制靜電力，以免對光纖的玻璃表面造成損壞。

        CPO系統(tǒng)的構建可以通過將光學組件集成到設備外殼內來實現(xiàn)。通常這些子組件都是單獨構建，并成為最終組件的一部分。預封裝光纖盒的概念可以最大限度地減少因箱級裝配工的光纖布局經驗不足而造成的光纖斷裂。

圖4：光纖子組件概念示例：確定光纖為合格光纖，并已預先在光纖盒中完成布線，從而減少封裝廠的處理工序，也就減少了因處理不當導致的故障率。

可靠的光纖密集部署示例

       康寧擁有光纖配置和部署的豐富經驗，能夠在狹小空間內實現(xiàn)密集的彎曲部署。例如，我們專為數(shù)據(jù)中心開發(fā)了 康寧EDGE?解決方案 ，該方案包括一個可容納576根光纖的1RU箱體，它僅受限于前面板上的連接器密度，而非箱體中的光纖數(shù)量。此外，康寧的 各種拼接管理盒 也能滿足在狹小空間內容納大量光纖的需求，還能保護PON接頭，避免因人為失誤或極端溫度而受到損壞。

寫在最后
       通過科學的設計和組裝，可實現(xiàn)共封裝光學系統(tǒng)的光纖基礎設施的高可靠性和可擴展性，這是擴大CPO技術應用和提高AI網絡性能的關鍵。通過了解和減少光纖的失效機制，并遵循適宜的布局和處理指南，能夠確保光纖連接的整體可靠性。
       此外，利用可容納小彎曲半徑的光纖、預連接組件和預組裝光纖盒，可簡化系統(tǒng)配置、設計和組裝，有助于確保CPO網絡的持續(xù)高性能。CPO擁有光明的應用前景，必將把人工智能應用推向新的高度。
       《賦能人工智能的未來：優(yōu)化共封裝光學光纖基礎設施》是由康寧與博通聯(lián)合發(fā)布的白皮書。點擊此處閱讀白皮書全文。您也可以打開相關網頁，了解有關康寧創(chuàng)新數(shù)據(jù)中心或CPO解決方案的更多信息。


本文作者Benoit Fleury

Benoit Fleury 現(xiàn)任康寧光通信CPO業(yè)務發(fā)展總監(jiān)。在此之前，他曾負責公司的OEM業(yè)務，包括微光學產品團隊。加入康寧前，Benoit曾擔任iBwave產品線管理團隊的負責人。iBwave是一家室內射頻規(guī)劃軟件公司，2025年被康寧收購。在職業(yè)生涯的早期階段，Benoit曾成功推動包括北電網絡和EXFO等其他電信公司的產品增長，并在加拿大北部創(chuàng)立了蜂窩基礎設施和服務公司Lynx Mobility，并擔任該公司的首任總裁兼首席執(zhí)行官。

Benoit持有蒙特利爾康考迪亞大學電氣工程碩士學位，是美國電氣電子工程師學會（IEEE）高級會員，每年擔任康考迪亞大學約翰莫爾森商學院國際MBA案例競賽評委。工作之余，他還是一名狂熱的帆船和機車愛好者。