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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)移植到了高塔半導(dǎo)體，使用了OpenLight的工藝設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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