本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自eetimes

光子芯片新勢力，年內(nèi)量產(chǎn)沖AI。

據(jù)接受《EE Times》獨(dú)家采訪的高管透露，初創(chuàng)芯片制造商 Celestial 和 OpenLight 最早將于今年生產(chǎn)出首批芯片，為亞馬遜、微軟和谷歌等運(yùn)行 AI 數(shù)據(jù)中心的超大規(guī)?？蛻籼峁└斓墓庾訉W(xué)和更低的功耗。

8月份，Celestial從臺積電旗下的VentureTech Alliance和三星催化基金（Samsung Catalyst Fund）獲得了2.55億美元的融資，使其融資總額達(dá)到5.2億美元。同樣在8月份，OpenLight從瞻博網(wǎng)絡(luò)（Juniper Networks，現(xiàn)已并入HPE）和Lam Research旗下的企業(yè)風(fēng)險投資部門Lam Capital等投資者處籌集了3400萬美元的資金。

到明年，Celestial 將出售其首批芯片，包括該公司的 Photonic Fabric，該技術(shù)可在處理器封裝內(nèi)提供從芯片到芯片的光學(xué)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，或跨數(shù)據(jù)中心機(jī)架提供從服務(wù)器到服務(wù)器的光學(xué)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。隨著下一代人工智能基礎(chǔ)設(shè)施需求的飆升，Celestial 將利用新融資來加強(qiáng)其供應(yīng)鏈，并深化與包括臺積電在內(nèi)的代工廠的合作。

OpenLight 將利用新資本擴(kuò)展其由代工廠 Tower Semiconductor 制造的有源和無源光子元件 PDK 庫，該庫包括 400 千兆位每秒 (Gbps) 的調(diào)制器和在芯片上異構(gòu)集成激光器的磷化銦技術(shù)。

Celestial 首席運(yùn)營官 Preet Virk 告訴《EE Times》：“超大規(guī)模廠商計劃在我們能夠交付解決方案后立即采用，時間大概在明年中下半年。這包括超大規(guī)模廠商以及我們?yōu)槠涮峁┮恍┯腥そ鉀Q方案的半導(dǎo)體公司?！?/p>

OpenLight 首席執(zhí)行官Adam Carter表示將于今年開始生產(chǎn)，他向《EE Times》表示，該公司有一些“相當(dāng)大的”客戶有興趣采用磷化銦用于共封裝光學(xué)器件 (CPO) 等應(yīng)用。

Carter表示：“一個 CPO 產(chǎn)生的總帶寬將會非常大，比其他任何人宣傳的都要大得多?！彼€補(bǔ)充說，該公司將在今年年底前為首批客戶投入生產(chǎn)。

Virk 表示：“超大規(guī)模企業(yè)迫不及待地想要采用光學(xué)技術(shù)?！?/p>

Celestial 專注于服務(wù)器內(nèi)的“縱向擴(kuò)展”網(wǎng)絡(luò)，85% 的數(shù)據(jù)中心流量都流向此類網(wǎng)絡(luò)。Virk 指出，去年縱向擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的銷量超過了基于銅纜的以太網(wǎng)橫向擴(kuò)展交換機(jī)。光子芯片領(lǐng)域的其他競爭對手包括 Ayar Labs、Lightmatter 和華為。

今年3月，Lightmatter宣布推出Passage M1000，其總光學(xué)帶寬可達(dá)每秒114 Tbps。M1000參考平臺是一款多光罩有源光子中介層，可連接3D封裝中的大型芯片，從而為數(shù)千個GPU提供連接。Lightmatter已與GlobalFoundries和芯片封裝商Amkor合作，開始基于M1000進(jìn)行客戶設(shè)計的生產(chǎn)。

Ayar Labs 和 Alchip Technologies 于 9 月建立合作伙伴關(guān)系，將 Ayar 的 CPO 和 Alchip 的設(shè)計專業(yè)知識與臺積電的緊湊型通用光子引擎 (COUPE) 先進(jìn)封裝技術(shù)相結(jié)合。

據(jù) Celestial 報道，隨著各大公司競相打造 AI 計算能力，全球歷史上規(guī)模最大的基礎(chǔ)設(shè)施投資正在進(jìn)行中。IBM等公司也加入了這場競爭。量子計算初創(chuàng)公司PsiQuantum 已在 GlobalFoundries 位于紐約州馬耳他的晶圓廠采用標(biāo)準(zhǔn) 45 納米氮化硅工藝制造光子芯片。

Celestial 首席執(zhí)行官 David Lazovsky 在一份聲明中表示：“人工智能行業(yè)正遭遇根本性的瓶頸，即人工智能處理器之間通過銅線傳輸數(shù)據(jù)。目前的銅基互連根本無法高效擴(kuò)展，以滿足下一代人工智能所需的數(shù)百萬個處理器的需求?！?/p>

挑戰(zhàn)Nvidia的NVLink

Celestial 聲稱其光子結(jié)構(gòu)在功耗方面明顯優(yōu)于 Nvidia 的 NVLink。與傳統(tǒng)的 PCIe 相比，NVLink 互連實(shí)現(xiàn)了 GPU 之間更快、更直接的通信。

Virk 表示：“在進(jìn)行 GPU 到 GPU 的通信時，我們消耗的功率僅為 NVLink 交換機(jī)的四分之一?！?/p>

來源：Celestial

Celestial 正在推出其專利的光存儲器接口橋接器 (OMIB)，作為 NVLink 的替代方案。OMIB 類似于英特爾的 EMIB、臺積電的 CoWoS 和三星的 IQE 等先進(jìn)封裝技術(shù)。OMIB 可在芯片內(nèi)部以及與其他芯片之間提供光子連接。Celestial 的控制電路的發(fā)送/接收部分采用臺積電的 4 納米和 5 納米工藝。

華為也瞄準(zhǔn)NVLink

華為輪值董事長徐直軍表示，本周，該公司發(fā)布了全新的SuperPod集群，該集群將連接多達(dá)15,488個Ascend NPU，并將它們作為一個連貫的系統(tǒng)運(yùn)行。SuperPod產(chǎn)品將于明年應(yīng)用于華為的Ascend芯片。

EMI挑戰(zhàn)

“如果你看看 Nvidia 和 AMD 的路線圖，就會發(fā)現(xiàn)他們正在把大型全光罩芯片集成到一個封裝中，”Virk 說。“將這些芯片連接到封裝內(nèi)的高速、高密度互連，正成為 EMI 信號完整性的一大挑戰(zhàn)。我們可以把光學(xué) IO 放置在芯片上的任何位置。如今世界上生產(chǎn)的每一塊芯片，光學(xué) IO 都位于芯片的邊緣。我們沒有這個問題，因?yàn)槲覀兊恼{(diào)制器不像微環(huán)那樣對熱敏感。”

Celestial 不使用微環(huán)，而是使用 EAM（電吸收調(diào)制器）通過施加電場來調(diào)節(jié)光吸收，從而控制激光束強(qiáng)度。

Virk 表示：“目前 Nvidia 的一項(xiàng)操作需要 600 到 700 納秒，而我們可以在 100 到 200 納秒內(nèi)完成，而且功耗極低，約為每位 2.8 皮焦耳。”

OpenLight 的 Carter 表示，他的公司已經(jīng)利用其 200 千兆比特每秒的調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了約 1.5 皮焦耳/比特的傳輸效率?！叭绻F(xiàn)在使用相同的 DFB（分布式反饋激光器）進(jìn)行擴(kuò)展，并將 200 千兆比特的調(diào)制器換成 400 千兆比特的調(diào)制器，那么由于電壓提升幅度沒有那么大，每比特的傳輸效率基本上可以減半。這就是異構(gòu)集成的固有優(yōu)勢?！?該公司于 2 月份宣布推出一款 400 千兆比特的調(diào)制器。

“我們已經(jīng)成功演示了基于磷化銦的400千兆調(diào)制器，”Carter說道。“這意味著客戶能夠擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展其網(wǎng)絡(luò)，以獲得更大的帶寬和更高的密度。”

關(guān)于封裝

Carter表示，競爭的焦點(diǎn)是先進(jìn)封裝。

“許多公司在發(fā)布有關(guān) CPO 或調(diào)制的公告時都會有不同的要求，特別是在包裝方面，包裝里有什么，尺寸是多少，規(guī)模是什么樣的。

它最初不會基于標(biāo)準(zhǔn)。OpenLight 的定位非常獨(dú)特，因?yàn)槲覀儾灰欢槟阒圃煨酒?。我們?yōu)槟闾峁┮粋€組件庫，這樣你就可以設(shè)計自己的芯片。

OpenLight 正在與芯片封裝商 ASE 位于加州的子公司 ISE 合作。Celestial 的目標(biāo)是在量產(chǎn)后向芯片設(shè)計人員提供其自有的芯片集。“一種采用方式是，我們?yōu)槟峁┮粋€需要您封裝的光學(xué)芯片集，”Virk 說道。“該光學(xué)芯片集帶有一個 EIC（嵌入式中介層載體）。”

EIC 是一種新型封裝技術(shù)，它充當(dāng)嵌入式中介層，將芯片集成到類似 SOC 的多層封裝中，成本低于傳統(tǒng)的 3D IC。Virk 表示：“我們?yōu)槟峁┬酒约八蟹庋b和光學(xué)技術(shù)，您可以前往任何 OSAT 進(jìn)行封裝。” 作為芯片的替代方案，Celestial 還計劃將其 IP 應(yīng)用于客戶芯片。

該公司正在流片硅片，Virk 認(rèn)為這是世界上第一個在芯片中間配備光學(xué) IO 的大型 SoC。

Celestial 產(chǎn)品管理高級總監(jiān) Ravi Mahatme 表示：“我們將內(nèi)存控制器放置在芯片邊緣。在芯片的南邊緣，我們放置了兩個用于 HBM3e 的 HBM 控制器。在東西兩側(cè)，我們放置了四個 DDR 控制器，用于尋址八個 DDR DIMM。通過軟件，HBM 可以充當(dāng) DDR 的緩存。這樣一來，基本上就可以隱藏 DRAM 的內(nèi)存訪問延遲了?！?/p>

Mahatme 稱這一發(fā)展將改變游戲規(guī)則。

“這是一個統(tǒng)一的內(nèi)存空間，任何處理器都可以讀寫任何內(nèi)存位置，”他說?！癉LRM（深度學(xué)習(xí)推薦模型）的大小達(dá)到TB級。目前，存儲這些模型的唯一方法是將XPU連接在一起。這改變了游戲規(guī)則，因?yàn)檫@個模型可以本地存儲。”

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