Daftar Isi

 

Ensiklopedia Co-Packaged Optics (CPO): Saat Cahaya Masuk Langsung ke Dalam Package Chip

Kebutuhan transfer data di pusat data terus meningkat seiring berkembangnya kecerdasan buatan (AI), komputasi performa tinggi atau High-Performance Computing (HPC), serta aplikasi berbasis cloud. Model AI generatif membutuhkan pertukaran data dalam jumlah sangat besar antara prosesor, GPU, memori, dan sistem jaringan.

Selama ini, pusat data mengandalkan koneksi listrik berbasis kabel tembaga dan modul optik atau transceiver yang ditempatkan di luar chip. Namun, ketika bandwidth terus meningkat hingga skala puluhan terabit per detik, pendekatan tersebut mulai menghadapi berbagai keterbatasan.

Salah satu teknologi yang dikembangkan untuk mengatasi masalah tersebut adalah Co-Packaged Optics (CPO).

CPO merupakan arsitektur yang mengintegrasikan komponen optik atau fotonik secara langsung dengan chip komputasi, seperti ASIC, switch, GPU, maupun CPU, di dalam satu package yang sama. Dengan pendekatan tersebut, jarak yang harus ditempuh sinyal listrik berkecepatan tinggi dapat dipangkas secara signifikan sebelum data diubah menjadi sinyal cahaya.

Apa Itu Co-Packaged Optics?

Secara sederhana, Co-Packaged Optics adalah teknologi yang menempatkan mesin optik sangat dekat dengan chip utama.

Pada sistem tradisional, chip komputasi menghasilkan sinyal listrik yang kemudian harus melewati jalur pada papan sirkuit atau PCB menuju modul optik. Setelah sampai pada modul tersebut, sinyal listrik diubah menjadi sinyal cahaya sebelum diteruskan melalui serat optik.

CPO mengubah konsep tersebut.

Komponen optik ditempatkan tepat di sebelah chip utama dan menjadi bagian dari package yang sama. Akibatnya, jalur listrik berkecepatan tinggi antara chip dan modul optik menjadi jauh lebih pendek.

Setelah sinyal dikonversi menjadi foton, data dapat langsung dikirim melalui fiber optic.

Inilah inti dari CPO: memindahkan proses konversi listrik ke cahaya sedekat mungkin dengan sumber data.

Pendekatan tersebut menjadi semakin penting ketika kecepatan koneksi terus meningkat dan jalur tembaga mulai menjadi salah satu hambatan utama dalam desain sistem.

Mengapa CPO Dibutuhkan?

Selama beberapa dekade, kabel tembaga menjadi salah satu fondasi komunikasi elektronik. Teknologi ini relatif murah, mudah digunakan, dan cocok untuk berbagai kebutuhan.

Namun, kebutuhan data center modern sudah jauh berbeda.

Sistem AI dan HPC harus memindahkan data dalam jumlah sangat besar secara terus-menerus. Ketika kecepatan jaringan meningkat menuju 51,2 Tbps dan bahkan 102,4 Tbps, tantangan dalam mempertahankan integritas sinyal dan efisiensi daya ikut meningkat.

Kondisi inilah yang sering digambarkan sebagai "Copper Wall", yaitu batas praktis yang semakin sulit ditembus oleh koneksi listrik berbasis tembaga.

Ada beberapa masalah utama yang muncul.

Konsumsi Energi Meningkat

Sinyal listrik berkecepatan sangat tinggi yang melewati jalur tembaga membutuhkan energi cukup besar.

Semakin jauh sinyal harus berjalan, semakin sulit mempertahankan kualitas sinyal tersebut. Sistem membutuhkan rangkaian penggerak dan penguat untuk mengatasi berbagai kehilangan serta menjaga sinyal tetap dapat diterima dengan baik.

Dalam skala data center, konsumsi energi tersebut menjadi sangat signifikan karena jumlah koneksi dapat mencapai ribuan bahkan lebih.

Baca juga : Ensiklopedia Gate-All-Around (GAA) Transistor: Arsitektur Penerus FinFET di Era Sub-3nm

Latensi Menjadi Tantangan

Data tidak hanya membutuhkan bandwidth besar. Kecepatan respons juga penting.

Setiap kali data harus melewati jalur listrik yang lebih panjang dan melalui beberapa tahapan konversi, terdapat potensi tambahan latensi.

CPO berusaha memangkas sebagian perjalanan tersebut dengan menempatkan komponen optik sedekat mungkin dengan chip.

Ruang pada Board Semakin Terbatas

Kecepatan yang lebih tinggi juga membuat kebutuhan terhadap jalur koneksi semakin besar.

Kabel, konektor, dan jalur tembaga membutuhkan ruang fisik pada PCB. Ketika jumlah koneksi meningkat, desain sistem menjadi semakin rumit.

Dengan membawa komponen optik lebih dekat ke chip, CPO dapat membantu mengurangi ketergantungan pada jalur listrik berkecepatan tinggi yang panjang.

Bagaimana Cara Kerja CPO?

Perbedaan CPO dengan arsitektur tradisional dapat dipahami melalui perjalanan sebuah sinyal data.

Pada sistem tradisional, chip seperti switch ASIC menghasilkan data dalam bentuk sinyal listrik. Sinyal tersebut kemudian bergerak melalui jalur pada PCB menuju modul optik yang biasanya berada di bagian luar perangkat atau panel depan.

Di modul tersebut, sinyal listrik dikonversi menjadi sinyal cahaya.

Setelah berubah menjadi cahaya, data dikirim melalui serat optik menuju perangkat tujuan.

Pada CPO, proses konversi tersebut dipindahkan jauh lebih dekat ke chip.

Chip komputasi dan komponen optik berada di dalam satu package. Sinyal listrik hanya perlu menempuh sambungan yang sangat pendek sebelum diubah menjadi sinyal fotonik.

Setelah itu, data dapat langsung diteruskan melalui fiber optic.

Dengan demikian, CPO tidak menghilangkan seluruh penggunaan listrik. Chip tetap melakukan pemrosesan secara elektronik. Perubahan utamanya terletak pada seberapa jauh sinyal listrik berkecepatan tinggi harus berjalan sebelum berubah menjadi cahaya.

Perbedaan CPO dan Pluggable Optics

Arsitektur tradisional menggunakan konsep pluggable optics. Dalam pendekatan ini, modul transceiver optik berada di bagian luar perangkat dan dapat dilepas-pasang.

Model tersebut memiliki keuntungan dari sisi perawatan. Jika sebuah modul rusak, teknisi dapat menggantinya tanpa harus mengganti chip utama.

Namun, terdapat jarak antara chip dan modul optik. Sinyal listrik harus melewati jalur pada PCB terlebih dahulu.

CPO mengubah posisi modul tersebut. Mesin optik ditempatkan langsung di dalam package yang sama dengan chip utama.

Secara sederhana, perbedaannya dapat dilihat seperti berikut:

Aspek	Pluggable Optics	CPO
Lokasi optik	Panel luar perangkat	Dekat chip dalam package
Jalur internal	Lebih panjang	Sangat pendek
Media internal	Sinyal listrik melalui PCB	Sambungan pendek ke mesin optik
Bandwidth	Tinggi	Sangat tinggi
Perawatan	Relatif mudah	Lebih kompleks
Efisiensi daya	Lebih rendah	Lebih tinggi

Jadi, CPO bukan sekadar transceiver optik yang dibuat lebih kecil. Ini merupakan perubahan arsitektur mengenai bagaimana chip dan sistem komunikasi optik ditempatkan dalam satu platform.

Keuntungan Utama CPO untuk Data Center

Salah satu alasan terbesar industri tertarik pada CPO adalah efisiensi energi.

Dengan memperpendek jalur listrik berkecepatan tinggi, kebutuhan energi untuk mempertahankan dan menggerakkan sinyal dapat dikurangi. Informasi yang diberikan menyebut CPO berpotensi menghemat konsumsi daya hingga sekitar 30 persen atau lebih dibandingkan pendekatan tertentu.

Penghematan tersebut menjadi sangat berarti ketika diterapkan pada data center berskala besar.

Bayangkan sebuah pusat data dengan ribuan koneksi berkecepatan tinggi. Pengurangan konsumsi energi pada setiap koneksi dapat menghasilkan penghematan besar jika dikalikan dengan keseluruhan infrastruktur.

Selain konsumsi daya, CPO juga menawarkan potensi peningkatan bandwidth.

Karena koneksi optik ditempatkan lebih dekat dengan sumber pemrosesan, desain sistem dapat mendukung transfer data dalam skala terabit per detik. Kemampuan tersebut sangat relevan untuk cluster AI yang harus memindahkan data antar-GPU dan sistem jaringan dengan cepat.

CPO Penting untuk AI dan HPC

AI generatif membutuhkan kemampuan komputasi dalam jumlah besar. Namun, performa sebuah sistem AI tidak hanya bergantung pada kemampuan satu GPU.

Dalam sistem berskala besar, banyak GPU harus bekerja secara bersamaan. GPU tersebut perlu bertukar data secara cepat agar seluruh cluster dapat bekerja secara efektif.

Jika komunikasi antarkomponen menjadi bottleneck, peningkatan kemampuan komputasi GPU tidak selalu menghasilkan peningkatan performa sistem secara proporsional.

Karena itu, interkoneksi menjadi salah satu bagian penting dalam infrastruktur AI modern.

CPO berpotensi membantu mengatasi masalah tersebut dengan menyediakan jalur komunikasi berbandwidth tinggi dan efisiensi daya yang lebih baik.

Hal yang sama berlaku pada HPC. Simulasi ilmiah, pemodelan, analisis data, dan beban kerja komputasi lainnya membutuhkan pertukaran data dalam jumlah besar.

Semakin besar cluster komputasi, semakin penting efisiensi komunikasi antarperangkat.

Tantangan Terbesar CPO

Meski menawarkan banyak keuntungan, CPO bukan teknologi yang mudah diterapkan.

Salah satu tantangan terbesar adalah manajemen termal.

Chip AI dan GPU modern dapat menghasilkan panas yang sangat tinggi. Di sisi lain, komponen optik, terutama sumber laser, memiliki sensitivitas tertentu terhadap temperatur.

Ketika komponen elektronik berdaya tinggi dan komponen optik ditempatkan sangat berdekatan dalam satu package, desain sistem pendinginan menjadi jauh lebih rumit.

Produsen harus memastikan temperatur tetap berada dalam batas yang dapat diterima tanpa mengorbankan performa.

Perawatan Lebih Sulit

CPO juga memiliki konsekuensi dari sisi perbaikan.

Pada sistem pluggable, transceiver yang rusak dapat dilepas dan diganti dengan modul baru.

Pada CPO, komponen optik sudah terintegrasi erat dengan chip dalam satu package. Jika bagian optik mengalami masalah, proses penggantian tidak sesederhana mencabut sebuah transceiver.

Hal ini dapat meningkatkan kompleksitas pemeliharaan dan biaya servis.

Standardisasi Industri

Tantangan lainnya adalah standardisasi.

Agar CPO dapat digunakan secara luas, berbagai komponen dari vendor berbeda harus mampu bekerja sama. Industri membutuhkan standar yang jelas untuk memastikan interoperabilitas antara chip, mesin optik, fiber, package, dan sistem jaringan.

Tanpa ekosistem standar yang matang, adopsi teknologi dapat berjalan lebih lambat.

Masa Depan CPO di Era AI

Co-Packaged Optics menawarkan perubahan penting dalam cara sistem komputasi berkecepatan tinggi mengirimkan data.

Alih-alih membiarkan sinyal listrik berkecepatan tinggi berjalan jauh melalui jalur tembaga, CPO menempatkan konversi listrik-ke-cahaya sedekat mungkin dengan chip.

Hasil yang diharapkan adalah konsumsi energi yang lebih rendah, bandwidth yang semakin besar, dan latensi komunikasi yang lebih kecil.

Teknologi ini menjadi semakin relevan ketika kebutuhan AI dan data center terus berkembang. Beban kerja modern membutuhkan bukan hanya chip yang semakin cepat, tetapi juga jaringan yang mampu mengikuti kemampuan pemrosesan tersebut.

Meski masih menghadapi tantangan berupa panas, perawatan, dan standardisasi, CPO berpotensi menjadi salah satu fondasi penting bagi infrastruktur komputasi generasi berikutnya.

Pada akhirnya, perkembangan CPO menunjukkan bahwa masa depan komputasi tidak hanya ditentukan oleh seberapa cepat transistor bekerja. Cara data bergerak dari satu chip ke chip lainnya juga semakin menentukan performa keseluruhan sistem.