随着车载行业朝着电动化、智能化和网联化的方向迅速发展,汽车的功能也逐渐丰富起来。自动驾驶、车上娱乐信息系统、智能控制和车联网等属性变得更加复杂,传感器、摄像头和激光雷达等设备得以广泛使用,车载智能化的发展也对数据传输提出了更高的要求。
数据传输推动车载智能化发展
数据传输在推动车载智能化发展中发挥着至关重要的作用,其关键性主要体现在以下几个方面:
车辆安全与性能监控:通过数据传输,车载系统可以实时获取车辆状态信息,并对这些信息进行实时监控和分析。这有助于及时发现潜在的安全隐患,确保行车安全。同时,数据传输还可以用于车辆性能优化,提高驾驶体验。
导航与定位服务:数据传输是实现车载导航和定位功能的关键。通过接收卫星信号和地面基站的数据,车载导航系统可以为用户提供导航服务。此外,数据传输还可以用于车辆位置追踪,以便于车辆管理和调度。
车联网与智能交互:在车联网背景下,数据传输是实现车辆之间以及车辆与基础设施之间信息互通的关键。通过数据传输,车辆可以实时获取其他车辆和道路基础设施的信息,实现智能协同驾驶,提高道路安全和交通效率。同时,数据传输还普遍用于车载娱乐系统、智能语音助手等功能,提升驾驶的便捷性和舒适性。
远程服务与支持:数据传输还是实现车载系统与远程服务实时通信的关键,为用户提供远程故障诊断、软件升级、救援服务等功能。
以太网技术成为高速数据传输核心
车载以太网技术的引入,不仅可以满足车载应用对高速数据传输的需求,还可以通过其轻量化的线束设计,显著减少车辆的重量和制造成本。
车载以太网的数据传输速率可高达10Gbit/s,同时具有低电磁干扰、低功耗和低延迟的特性,使其成为支持未来汽车智能化发展不可或缺的技术。目前,特斯拉、宝马、博世和采埃孚等汽车制造商和供应商都在积极推进车载以太网技术的研发和应用。未来,随着车载以太网技术的进一步发展和优化,将在智能驾驶、车联网服务和车内娱乐系统等领域发挥更大作用。
除了车载行业,以太网技术也因其支持高速、大容量数据传输方面的能力被广泛运用在人工智能、5G、物联网、多媒体等领域。
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CPO为数据传输加速
以太网技术的发展得益于网络交换芯片的支持。交换机、路由器等网络设备中的网络交换芯片相当于服务器里的CPU,它让网络协议、网络操作系统得以真正实现。大数据时代每天产生海量数据,这些数据通过网络交换芯片在承载网、核心骨干网等“信息高速公路”中交流传输。
CPO是以太网数据传输发展的重要技术支撑和推动力量。CPO(Co-Packaged Optics)是一种新型的光电子集成技术,也称为共封装光学。它将网络交换芯片和光模块共同组装在同一个插槽中,实现芯片和模组的共封装。这项技术通过缩短交换芯片与光引擎之间的距离,提高电信号在芯片和引擎之间的传输速度。
相较于传统通过Pluggable和NPO实现光电转换功能,CPO将激光器、调制器、光接收器等光学器件封装在芯片级别上,直接与芯片内的电路集成,借助光互联来提高通信系统的性能和功率效率。
CPO对于数据传输的重要性主要表现在:
高集成度:CPO将光学元件与芯片紧密集成在一起,显著减小了封装的体积,实现了更紧凑和高度集成的设备。这种集成化设计不仅优化了设备的物理结构,还缩短了信号传输的路径,有效提高传输速率。
降低电磁干扰:传统的封装技术中,不同芯片间的电磁干扰是一个常见问题。而CPO通过集成化设计,可以有效避免电磁干扰,提升数据的稳定性和传输质量。
提升能效比:CPO减少了能量转换的步骤,相较于传统的可插拔光模块,在相同数据传输速率下,可减少约50%的功耗,具有更高的能效比。
降低成本:CPO通过优化封装结构,只需要一个光电共封装器件就可以完成整个系统的封装,能有效降低生产成本。
适应高速高密度传输需求:在高速、高密度互连传输场景下,电互连受能耗限制难以大幅提升数据传输能力。而CPO通过光互连的方式可以很好地解决这一难题,因此能适应更高的数据传输需求。
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CPO规模发展趋势明朗
CPO被认为是实现高集成度、低功耗、低成本、小体积的封装方案之一,并被认为是未来更高速率光通信的主流产品形态,有望成为产业未来竞争的主要着力点。
据Lightcounting数据,2027年全球光模块市场规模超200亿,全球TOP5云厂商以太网光模块支出到2026年有望超30亿美元,且从 2025年底开始,这一细分市场将由800光模块。光模块市场的规模增长推动CPO等先进封装技术的需求,据Lightcounting数据,全球CPO端口的销售量也将从2023年的5万增长到2027年的450万,四年时间需求将提高90倍。
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CPO面临的挑战
CPO将光学元件和电子芯片集成在同一个封装内,在此流程中涉及到元件制备、集成设计、封装、测试等关键步骤,这些步骤对CPO技术提出了更高的标准和要求。
首先,CPO的核心是将电子和光子元件集成在同一封装内,这要求控制两种不同性质材料的制造和封装过程,以确保它们能够无缝协作。此外,集成过程中还需考虑信号的传输效率、散热性能以及电磁兼容性等多个因素,这些都对CPO技术提出了更高的要求。
其次,CPO要保证电子和光子元件在高温、高湿等条件下的稳定性和可靠性。封装材料的选择、结构的设计以及封装过程的控制都是影响封装可靠性的关键因素。与此同时,封装技术还需要考虑如何降低制造成本,以便使CPO技术更具市场竞争力。
最后,CPO作为一个新兴的技术领域,其标准化工作尚在进行中。缺乏统一的标准可能导致不同厂商的产品之间存在兼容性问题,从而增加市场应用的难度。因此,推动CPO技术的标准化是行业发展的重要任务之一,需要行业上下游的共同努力实现。
数字经济建设新基建快速推进、数据流量高速增长推动光通信行业快速增长。加快光模块和CPO的国产化进程,提升自主创新能力,已成为当前我国光通信行业面临的首要之务。
经过多年的发展,CPO技术应运而生,它可以使用外部激光SFP #ELSFP 作为信号载体。当激光光源通过SFP封装在面板外部时,调制则保留在CPO中。同时,光纤连接取代了原来的铜线连接,不但保留了CPO的功能,同时也将热源与纤芯隔离。这些改变标志着CPO开发和部署的可行性将进一步提升。