光子芯片雙雄量產(chǎn)在即 突破AI算力功耗墻

  ICC訊  光子芯片初創(chuàng)企業(yè)Celestial與OpenLight將于今明兩年推出首款產(chǎn)品，為亞馬遜、微軟和谷歌等運(yùn)營AI數(shù)據(jù)中心的超大規(guī)模企業(yè)提供速度更快、功耗更低的光子解決方案。公司高管在接受《電子工程時報》獨家專訪時透露了這一進(jìn)展。

  Celestial于8月獲得臺積電關(guān)聯(lián)企業(yè) VentureTech Alliance 和三星催化劑基金共同投資的2.55億美元，使其總?cè)谫Y額達(dá)到5.2億美元。同月，OpenLight也獲得瞻博網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)屬HPE）和Lam Research旗下風(fēng)投機(jī)構(gòu)Lam Capital等投資者的3400萬美元融資。

  Celestial計劃明年銷售其首款硅光產(chǎn)品，包括支持處理器封裝內(nèi)芯片到芯片、數(shù)據(jù)中心機(jī)架間服務(wù)器到服務(wù)器光學(xué)擴(kuò)展互聯(lián)的"光子織物"（Photonic Fabric）。隨著新一代AI基礎(chǔ)設(shè)施需求激增，該公司將利用新資金強(qiáng)化供應(yīng)鏈并深化與臺積電等代工廠的合作。

  OpenLight則將通過新融資擴(kuò)展其與代工廠Tower Semiconductor合作開發(fā)的PDK庫，該庫包含400Gbps調(diào)制器和可在芯片上異構(gòu)集成激光器的磷化銦技術(shù)。

  "超大規(guī)模企業(yè)正計劃在我們明年中至下半年交貨時立即采用解決方案，"Celestial首席運(yùn)營官Preet Virk表示，"這包括超大規(guī)模企業(yè)以及半導(dǎo)體公司，我們?yōu)槠錅?zhǔn)備了創(chuàng)新解決方案。"

  OpenLight首席執(zhí)行官Adam Carter則透露今年啟動生產(chǎn)，公司已獲得多家對共封裝光學(xué)（CPO）等磷化銦技術(shù)應(yīng)用感興趣的"大型客戶"。他指出："單個CPO提供的總帶寬將非常龐大，遠(yuǎn)超其他廠商宣傳的數(shù)據(jù)。"公司預(yù)計今年底為首批客戶投入生產(chǎn)。

  Virk強(qiáng)調(diào)："超大規(guī)模企業(yè)迫切期待光學(xué)解決方案。"Celestial專注于服務(wù)器內(nèi)部"縱向擴(kuò)展"（scale-up）網(wǎng)絡(luò)，該領(lǐng)域占據(jù)數(shù)據(jù)中心85%流量。他透露，去年縱向擴(kuò)展方案銷售額已超越基于銅線的以太網(wǎng)橫向擴(kuò)展交換機(jī)。光子芯片領(lǐng)域其他競爭者還包括Ayar Labs、Lightmatter和華為。

  Lightmatter于3月發(fā)布Passage M1000平臺，可提供114Tbps總光學(xué)帶寬。該多光罩主動光子中介層參考平臺采用3D封裝連接大尺寸芯片，為數(shù)千個GPU提供互聯(lián)。Lightmatter已與格芯和芯片封裝企業(yè)Amkor合作，開始基于M1000生產(chǎn)客戶設(shè)計。

  Ayar Labs則與Alchip Technologies于9月達(dá)成合作，結(jié)合Ayar的CPO技術(shù)、Alchip的設(shè)計專長與臺積電COUPE先進(jìn)封裝技術(shù)。

  Celestial指出，隨著企業(yè)競相建設(shè)AI算力基礎(chǔ)設(shè)施，全球正經(jīng)歷史上最大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施投資。IBM等企業(yè)紛紛入局，量子計算初創(chuàng)公司PsiQuantum已在格芯紐約馬爾塔工廠采用標(biāo)準(zhǔn)45nm氮化硅工藝制造光子芯片。

  "AI產(chǎn)業(yè)正面臨銅線連接AI處理器間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母拘云款i，"Celestial首席執(zhí)行官David Lazovsky在聲明中表示，"當(dāng)今基于銅線的互聯(lián)技術(shù)無法有效擴(kuò)展至下一代AI所需的數(shù)百萬處理器規(guī)模。"

  挑戰(zhàn)英偉達(dá)NVLink

  Celestial宣稱其光子織物在功耗方面顯著優(yōu)于英偉達(dá)NVLink技術(shù)。NVLink互聯(lián)相比傳統(tǒng)PCIe可實現(xiàn)GPU間更快速直接的通信。

  "在進(jìn)行GPU間通信時，我們僅消耗NVLink交換機(jī)四分之一的功耗，"Virk表示。公司推出專利技術(shù)光學(xué)內(nèi)存接口橋接（OMIB）作為NVLink的替代方案，該技術(shù)與英特爾EMIB、臺積電CoWoS和三星IQE等先進(jìn)封裝技術(shù)類似，可在芯片內(nèi)部及芯片間提供光子連接。Celestial采用臺積電4nm和5nm工藝制造控制電路的收發(fā)部分。

  華為也將目標(biāo)指向NVLink。輪值董事長徐直軍本周宣布新款SuperPod集群可連接15,488個昇騰NPU并作為協(xié)同系統(tǒng)運(yùn)行，相關(guān)產(chǎn)品將于明年應(yīng)用于華為昇騰芯片。

  EMI挑戰(zhàn)

  "縱觀英偉達(dá)和AMD的技術(shù)路線圖，他們正在單個封裝中放置全光罩大尺寸芯片，"Virk指出，"在封裝內(nèi)將這些芯片連接至高速高密度互聯(lián)正面臨EMI信號完整性挑戰(zhàn)。我們可以將光學(xué)IO放置在芯片任何位置，而當(dāng)今全球所有芯片的光學(xué)IO都位于芯片邊緣。我們不存在這個問題，因為我們的調(diào)制器不像微環(huán)那樣對熱敏感。"

  Celestial采用電吸收調(diào)制器（EAM）通過電場調(diào)制光吸收來控制激光強(qiáng)度，替代了微環(huán)技術(shù)。"英偉達(dá)需要600-700納秒的操作，我們僅需100-200納秒即可完成，且功耗極低，約2.8皮焦/比特，"Virk表示。

  OpenLight的Carter則宣稱公司200Gbps調(diào)制器實現(xiàn)約1.5皮焦/比特能效。"通過使用相同DFB激光器并將200G調(diào)制器升級為400G調(diào)制器，皮焦/比特數(shù)值可減半，因為我們無需大幅增加電壓。這是異構(gòu)集成的固有優(yōu)勢。"該公司于2月發(fā)布了400G調(diào)制器。

  "我們已成功演示基于磷化銦的400G調(diào)制器，"Carter表示，"這意味著客戶能夠縱向和橫向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，獲得更高帶寬和密度。"

  封裝定勝負(fù)

  Carter認(rèn)為競爭核心在于先進(jìn)封裝："這些發(fā)布CPO或調(diào)制技術(shù)方案的企業(yè)將面臨不同需求，特別是在封裝方面——封裝內(nèi)容、尺寸規(guī)格和規(guī)模等級。初期不會基于標(biāo)準(zhǔn)。OpenLight處于獨特地位，因為我們不直接為客戶制造芯片，而是提供組件庫供客戶自行設(shè)計。"

  OpenLight正與芯片封裝企業(yè)ASE加州子公司ISE合作。Celestial則計劃在生產(chǎn)時向芯片設(shè)計商提供自研小芯片。"一種方案是我們提供可封裝的光學(xué)小芯片，"Virk表示，"該小芯片包含嵌入式中介層載體（EIC）。"EIC作為新型封裝技術(shù)，能夠以低于傳統(tǒng)3D IC的成本將小芯片集成至多層SOC式封裝。

  "我們提供小芯片及全套封裝和光學(xué)技術(shù)，客戶可前往任何OSAT完成封裝，"Viru補(bǔ)充道。除小芯片方案外，Celestial還計劃將IP集成至客戶芯片。公司正在流片的芯片被Virk視為全球首款在芯片中部集成光學(xué)IO的大型SoC。

  "我們在芯片邊緣布置內(nèi)存控制器，"Celestial產(chǎn)品管理高級總監(jiān)Ravi Mahatme介紹，"南側(cè)配置兩個HBM3e控制器，東西兩側(cè)各設(shè)四個DDR控制器以支持八個DDR DIMM。通過軟件優(yōu)化，HBM可作為DDR的高速緩存，有效隱藏DRAM內(nèi)存訪問延遲。"

  Mahatme稱這一突破具有顛覆性意義："它創(chuàng)建了統(tǒng)一內(nèi)存空間，任何處理器均可讀寫任意內(nèi)存位置。深度學(xué)習(xí)推薦模型（DLRM）規(guī)模達(dá)TB級，現(xiàn)今唯一存儲方式是連接多個XPU。這項技術(shù)改變游戲規(guī)則，因為模型可實現(xiàn)本地存儲。"

  關(guān)于作者：Alan Patterson常駐亞洲從事電子科技新聞報道超過三十年，曾任職于彭博新聞社和道瓊斯通訊社，長期關(guān)注大中華地區(qū)科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

  原文：Photonics Chipmakers Race to Production - EE Times -- https://www.eetimes.com/photonics-chipmakers-race-to-production/