EEtimes：硅光子學(xué)準(zhǔn)備起飛

  ICC訊  據(jù)美國知名專業(yè)媒體EEtimes報道，全球晶圓代工企業(yè)格芯（GlobalFoundries）、高塔半導(dǎo)體（Tower Semiconductor）以及可能包括中國的一些公司正準(zhǔn)備迎接由人工智能和其他應(yīng)用如量子計算所驅(qū)動的硅光子學(xué)需求浪潮。

  這種新興技術(shù)可能會給二線晶圓代工廠帶來競爭優(yōu)勢，并改變美國和中國之間的芯片競爭。美國戰(zhàn)略與國際研究中心（Center for Strategic and International Studies）的一份報告稱，在北京，一些人認(rèn)為硅光電子技術(shù)可以幫助中國繞過美國主導(dǎo)的EUV工具出口禁令，該禁令削弱了中國在制造先進(jìn)芯片方面的進(jìn)展。

  硅光子學(xué)市場規(guī)模很小，但據(jù)市場研究公司Yole Group的預(yù)測，到2029年，硅光子學(xué)市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到42%，達(dá)到8.5億美元。主要的增長動力是對最新的800G收發(fā)器的需求，以及為傳輸大量數(shù)據(jù)而擴(kuò)大光纖網(wǎng)絡(luò)容量的需求。

  據(jù)《南華早報》10月報道，中國國家資助的JFS實(shí)驗(yàn)室宣布了硅光子學(xué)發(fā)展的一個“里程碑”，這可能有助于中國克服芯片設(shè)計的技術(shù)障礙，并在美國制裁的情況下加強(qiáng)國內(nèi)供應(yīng)鏈。

  生產(chǎn)硅光子學(xué)的晶圓廠不需要最先進(jìn)的工藝技術(shù)來制造能夠進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸且功耗低的芯片。這項(xiàng)新技術(shù)通過產(chǎn)生光而不是電子來加速數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸并減少能源消耗。

  Yole指出，隨著人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集變得越來越大，光傳輸已成為服務(wù)器中數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。

  Yole的光子學(xué)分析師Martin Vallo在接受EE Times采訪時說，從2023年3月開始，像谷歌和亞馬遜這樣的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心客戶，連同頂級AI芯片制造商英偉達(dá)（Nvidia），開始增加對800G收發(fā)器的需求。這一激增導(dǎo)致訂單和補(bǔ)貨持續(xù)增加，從根本上改變了行業(yè)趨勢。

  這些800G收發(fā)器是前一代400G的兩倍，為AI基礎(chǔ)設(shè)施和大型AI/ML集群提供了超快的高帶寬通信。

  格芯（GlobalFoundries）

  格芯高級總監(jiān)Vikas Gupta在接受EETimes采訪時表示，隨著對更高數(shù)據(jù)速率和更低功耗的需求成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的關(guān)鍵，硅光子學(xué)正成為領(lǐng)先技術(shù)。

  如今，許多數(shù)據(jù)中心的光子學(xué)部件都有標(biāo)準(zhǔn)化的插頭，可以插入交換機(jī)或GPU板。這種可插拔的形式正在轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠璧墓卜庋b光學(xué)器件，其轉(zhuǎn)換接口更接近于計算。

  Gupta說：“因?yàn)檫@些接口離電子設(shè)備更近，所以有可能降低功耗，因?yàn)楝F(xiàn)在[系統(tǒng)設(shè)計師]不必考慮銅走線中發(fā)生的所有信號完整性損失，甚至在板級上。硅光子學(xué)有能力和機(jī)會顯著減少數(shù)據(jù)中心的損耗，同時保持或提高下一代數(shù)據(jù)中心所需的數(shù)據(jù)速率?！?

  典型的能效指標(biāo)是每比特皮焦耳。

  Gupta說：“使用硅光子學(xué)的共封裝光學(xué)器件有能力將能耗降低到每比特5皮焦耳甚至1皮焦耳以下。我們的客戶已經(jīng)在硅上展示了每比特5皮焦耳。我們確實(shí)希望下一代能降到5皮焦耳以下?！?

  Gupta補(bǔ)充說，格芯有幾個客戶已經(jīng)接近完成原型制作階段。

  他說：“至少在收發(fā)器和數(shù)據(jù)通信方面，我們正處于這樣一個階段，有幾家客戶已經(jīng)準(zhǔn)備好投入生產(chǎn)。”

  格芯的量子計算客戶包括正在購買光子學(xué)的PsiQuantum和Diraq。PsiQuantum公司在格芯位于紐約州馬爾他的晶圓廠采用標(biāo)準(zhǔn)的45納米氮化硅光子學(xué)工藝制造光子芯片。

  即便如此，這家量子計算公司還是不得不在格芯的晶圓廠安裝自己的工具才能開始生產(chǎn)。

  Gupta說：“硅作為一種材料，在調(diào)制器等方面的應(yīng)用將會枯竭，我們預(yù)計會有其他材料，如薄膜鈮酸鋰或鈦酸鋇，或者需要將磷化銦附著在硅光子芯片上，用于激光器或半導(dǎo)體光學(xué)放大器。當(dāng)涉及到這些非硅基的不同材料時，很明顯會有一些針對硅光子學(xué)的特定重新裝備需求。當(dāng)我們談到將硅與不同的材料異質(zhì)集成以用于硅光子學(xué)時，這將需要特定的工具。具體是在工廠內(nèi)部還是在工廠外進(jìn)行，這取決于具體的技術(shù)。目前，硅光子學(xué)在工廠內(nèi)部已經(jīng)使用了大量的專門工具?！?

  OpenLight

  OpenLight 是一家于2022年從Juniper Networks和Synopsys分拆出來的公司，專注于設(shè)計硅光子芯片，并授權(quán)相關(guān)的專利費(fèi)和知識產(chǎn)權(quán)。

  “硅光子學(xué)的一個好處是你不需要追求更小的工藝節(jié)點(diǎn)，”O(jiān)penLight首席執(zhí)行官Adam Carter在接受EE Times采訪時說?！拔覀冊诟咚雽?dǎo)體使用的是45納米的BiCMOS工藝，我們不需要追逐更先進(jìn)的工藝。我們不需要走得比這更遠(yuǎn)?！?

  Carter表示，這家2022年成立的初創(chuàng)公司已經(jīng)有六位客戶將其設(shè)計移植到了高塔半導(dǎo)體，使用了OpenLight的工藝設(shè)計套件。自從他于2023年1月?lián)蜟EO加入公司時的兩位客戶起，公司現(xiàn)在已經(jīng)擁有了大約15位客戶。

  該公司正在建立一個包括設(shè)計軟件提供商（如Synopsys）和封裝公司（如Jabil）在內(nèi)的硅光子學(xué)制造合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)。

  “這是我們的工藝，”Carter說?！拔覀儽O(jiān)控鍵合產(chǎn)率等問題，并根據(jù)不同工藝技術(shù)的鍵合需求開發(fā)不同的配方?！?

  OpenLight擁有三種光子學(xué)工藝，其中兩種已在高塔半導(dǎo)體建立。

  OpenLight在公司成立之初就推出了首個標(biāo)準(zhǔn)工藝。接下來的兩個工藝分別面向汽車傳感和數(shù)據(jù)中心。公司即將為數(shù)據(jù)中心工藝提供分布式反饋激光器（DFB）。

  “DFB激光器將成為推動數(shù)據(jù)中心空間內(nèi)AI采用的關(guān)鍵因素，”Carter說。

  臺積電和英特爾

  世界領(lǐng)先的晶圓代工廠臺積電（TSMC）也在制造光子芯片。

  臺積電在與EE Times的電子郵件交流中表示，公司的路線圖是在2024年將COUPE技術(shù)用于可插拔模塊，隨后在2026年將COUPE應(yīng)用于CoWoS共封裝光學(xué)解決方案的基板上。COUPE（Compact Universal Photonic Engine）代表緊湊型通用光子引擎，這是臺積電對其用于堆疊硅和光子的技術(shù)的命名。

  臺積電表示，公司正在探索COUPE技術(shù)在CoWoS中介層上的應(yīng)用。

  今年6月，英特爾的集成光子解決方案集團(tuán)展示了一款該公司稱為業(yè)內(nèi)最先進(jìn)且首次完全集成的光計算互連芯片模塊，該模塊與英特爾CPU共封裝并運(yùn)行實(shí)時數(shù)據(jù)。

  英特爾稱，其光子芯片被封裝在可插拔收發(fā)器模塊中，部署在主要的超大規(guī)模云服務(wù)提供商的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，用于100G、200G和400G應(yīng)用。這家芯片制造商正在開發(fā)200G通道的光子芯片，以支持新興的800G和1.6T應(yīng)用。

  原文：https://www.eetimes.com/silicon-photonics-set-for-takeoff/#genecy-interstitial-ad

  作者：Alan Patterson