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台积电联手英伟达押注“硅光子赛道”,真技术还是炒作?
发布者:开云·体育(中国)官方网站-729作文网 发布日期:2022-09-20 18:01:36

原标题:台积电联手英伟达押注“硅光子赛道”,真技术还是炒作?

随着台积电2nm计划逐渐明朗,这场关于先进制程的多方混战似乎已经提前结束,但半导体巨头的野心似乎远不止于此——在先进封装领域,台积电也动作频频.

近日,据台媒《电子时报》报道,台积电深度参与了一项由英伟达牵头的研发项目,该项目将利用台积电的 COUPE(紧凑型通用光子引擎)封装技术,将多个 AI GPU 组合成一个 GPU。

从项目本身来看,它似乎与年初爆发的 Chiplet 概念相似,但整个报告指向了另一种技术——硅光子学(SiPH)。

此外,文章还提到英伟达和台积电的研发项目将持续数年,必须等到硅光子生态系统成熟。

两大半导体巨头为何同时看好硅光子赛道?这项新技术将给封装领域带来哪些变化?

大多数人都听说过台积电强大的芯片制造能力。事实上,台积电在封装领域的布局并不逊色。

2012年起,晶圆代工龙头台积电开始布局封装领域。其CoWoS技术(2.5D)及其后续衍生产品已应用于NVIDIA Pascal、Volta系列、AMD Vega和Intel Spring Crest等芯片产品。此外,台积电推出的InFO(2D/2.5D)、SoIC(3D)等封装技术也吸引了大量客户。

为了让客户可以根据自己的需求选择合适的封装技术,台积电在2020年第26届技术研讨会上正式将上述封装技术整合到“TSMC-3DFabric”平台中。当时该平台已经引入了新概念比如Chiplet,它为后续新技术的推出奠定了基础。

2021年9月,台积电推出了本次合作的“主角”——基于“3DFabric”的COUPE(紧凑型通用光子引擎)异构集成技术。

简单来说,该技术将光学引擎和多个计算/控制设备集成在同一封装载板或中间件上,使组件之间的距离更近,增加带宽和功率效率,并减少电耦合损耗。

在同等功率下,采用COUPE封装技术的芯片在功耗和速度上都会有很大的提升,足以应对网络流量的爆发式增长。

由此不难看出,COUPE封装技术最大的特点就是降低了功耗,增加了带宽。

对于GPU来说,算力提升背后的代价是功耗的提升。以英伟达今年推出的H100为例,一块PCIe 5.0显卡的功耗达到了前所未有的700W,比A100足足多了300W。如果要构建一个完整的超级计算系统,整个计算中心的功耗控制更是难以想象。

在此背景下,由于 COUPE 封装技术可以有效降低 GPU 功耗,英伟达没有理由不尝试这项新技术。

事实上,硅光子技术并不是什么新鲜事。国外早在1980年代就开始了硅光子技术的研究,硅光子产品已被多家厂商生产应用。比如英特尔、格芯,以及被英特尔收购的以色列fab tower,都推出了自己的硅光子工艺平台。

但从整体市场来看,硅光子产品一直处于不温不火的状态,这让很多人误以为“硅光子芯片”是近几年才出现的新事物。

首先,硅光子产品需要考虑相对较高的成本。受限于大量的光学器件,一个硅光子器件需要使用多种材料。在没有大规模需求的情况下,硅光子产品已经成为“高价、低性价比”的产品。同时,器件的性能和良率也难以保证。

其次,硅光子芯片在各方面都缺乏标准化的解决方案。例如,在设计过程中,硅光子产品仍然需要专门的EDA工具(silicon photonics design tool PDA)进行设计;在制造和封装过程中,台积电、三星等大型代工厂不提供硅光子工艺晶圆代工服务。即便是推出了 COUPE 技术的台积电,短期内也会专注于封装解决方案,产能难以分配到硅光子芯片上。

最后,从不同厂商的角度来看,他们对硅光子产品的理解也是不同的。

以英伟达为例,在今年3月的OFC 2022光纤通信大会上,英伟达首席科学家Bill Dally展示了连接GPU系统的硅光子技术模型。

在这组模型中,英伟达选择用 DWDM 单模光纤代替有限的电缆来构建连接 GPU 的交换机。在新机型下,虽然外接激光源占用了大量空间,但由于光的特性,设备之间的连接线缆可以更长,最终减小了整个机型的体积。

从产品思路来看,英伟达将激光信号放在了产品之外,而不是像其他厂商那样将激光嵌入芯片内部。设计理念与硅光子初创开云·体育(中国)官方网站-729作文网 Ayar Labs 的设计理念非常相似,后者在早期设计产品时决定将光源本身与光子分离。此前,Ayar Labs 总裁兼首席技术官 Mark Wade 在接受外媒采访时指出:“激光器的物理和 CMOS 微电子的物理是相互脱节的;他们不喜欢在高温下工作。并且会很快失去能源效率。它的可靠性将成倍下降。”

今年 6 月,开云·体育(中国)官方网站-729作文网正式宣布与 NVIDIA 合作开发具有光 I/O 的下一代 AI 计算基础设施,而年初,NVIDIA 还参与了 Ayar Labs 的融资。

从两家开云·体育(中国)官方网站-729作文网的描述来看,英伟达与台积电的封装技术合作很可能与这种全新的AI架构有关。

当然,NVIDIA的产品思路并不代表硅光子芯片的最终形态,其他老牌厂商也有自己的产品思路。

例如,格芯今年3月宣布将与博通、思科、Marvell等厂商合作推出新一代硅光子平台GF Fotonix,实现光子元件、射频和高性能的单芯片集成。 12 英寸晶圆上的 CMOS。根光纤提供高达每秒半太比特 (Tb/s) 的数据速率,这是所有代工厂产品中最快的数据速率。

作为硅光子赛道的老大哥,英特尔不仅产品种类最多,而且是为数不多的具备IDM能力的半导体开云·体育(中国)官方网站-729作文网之一。同样在 OFC 2022 上,英特尔展示了 800Gbps 硅光发射器、共同封装光学 (CPO) 技术以及与 Nvidia 不同设计的光学 I/O。

图 |硅光子产业链

在国内,瞄准硅光子赛道的企业也不少,既有华为、昌锐光电等老牌企业,也有羲智科技等初创企业。

可以说,硅光子轨道正在进入“百花齐放”的阶段。

去年底,硅光子芯片成功入选阿里巴巴达摩院2022年十大技术趋势榜单。达摩院对此的评价是:“它兼具光子和电子优势,突破了摩尔定律的局限;预计未来三年,硅光子芯片将在大多数大规模数据中承载高速信息传输中心。”

在先进制造工艺不断逼近摩尔定律极限的背景下,硅光子芯片能够再次受到市场关注,主要是凭借其优异的特性。台积电COUPE封装技术的进入,让硅光子芯片的大规模产业化成为可能。

对于台积电自身而言,进入硅光子赛道,一方面面临着越来越多先进制程制造的挑战。因此,有必要从先进封装入手,寻求突破摩尔定律的解药。正好硅光子技术是目前可以突破限制的手段之一,所以两家半导体巨头的合作似乎是顺理成章的;

另一方面,市场对先进技术的需求放缓,自动驾驶、物联网、人工智能等新兴领域正在崛起。这一次,台积电希望利用COUPE封装技术,抢占数据中心芯片的市场先机。

但总体而言,在整体需求疲软的情况下,硅光子赛道仍需要新的故事来带动整个市场。返回搜狐,查看更多

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