硅光，大戰(zhàn)打響

支持生成人工智能（AI）的大型語(yǔ)言模型正在推動(dòng)硅光子學(xué)領(lǐng)域的投資增加和競(jìng)爭(zhēng)加速，硅光子學(xué)是一種結(jié)合硅基集成電路（IC）和光學(xué)元件來處理和傳輸海量數(shù)據(jù)的技術(shù)。更有效地處理大量數(shù)據(jù)。

集成電路、人工智能系統(tǒng)和電信設(shè)備的頂級(jí)設(shè)計(jì)者和制造商都加入了這場(chǎng)競(jìng)賽，包括英偉達(dá)、臺(tái)積電、英特爾、IBM、思科系統(tǒng)、華為、NTT和總部位于比利時(shí)的校際微電子中心imec。

9 月 5 日，在臺(tái)灣舉行的硅光子全球峰會(huì)上，臺(tái)積電負(fù)責(zé)系統(tǒng)集成探路的副總裁余振華 (Douglas Yu) 向《日經(jīng)新聞》表示：“如果我們能夠提供良好的硅光子集成系統(tǒng)……我們就可以解決人工智能的能源效率和計(jì)算能力。這將是一個(gè)新的范式轉(zhuǎn)變。我們可能正處于一個(gè)新時(shí)代的開始。”

微電子行業(yè)協(xié)會(huì)semi在峰會(huì)邀請(qǐng)函中指出，“硅光子因其高帶寬、高速數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)傳輸距離、低功耗和適用性，已成為半導(dǎo)體行業(yè)的一個(gè)突出流行詞”先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算架構(gòu)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、自動(dòng)駕駛汽車和智能交通系統(tǒng)。

換句話說，在前沿，高科技行業(yè)將從硅光子學(xué)中受益，從而提高設(shè)備和系統(tǒng)性能，同時(shí)降低能耗。

據(jù)semi稱，“全球硅光子市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到78.6億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)為25.7%，而2022年的估值為12.6億美元?！?/p>

大約一年前，也就是 2022 年 9 月，DigiTimes 報(bào)道稱 NVIDIA 和臺(tái)積電啟動(dòng)了一個(gè)名為 COUPE 的聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，它代表緊湊型通用光子引擎 (Compact Universal Photonic Engine)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是使用 NVIDIA 的硅光子 (SiPh) 技術(shù)組合多個(gè) AI 處理器 (GPU)。

DigiTimes 寫道：“消息人士透露，SiPh 芯片和 CMOS 工藝經(jīng)過共封裝光學(xué) (CPO) 技術(shù)集成，可通過晶圓上芯片 (CoWoS) 2.5D IC 封裝連接多個(gè)先進(jìn) GPU ”。

DigiTimes 寫道，低延遲光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸和先進(jìn)封裝技術(shù)的結(jié)合可顯著減少信號(hào)損失，從而使創(chuàng)建“超大型 GPU 組”成為可能。

這項(xiàng)技術(shù)可能“在 SiPh 生態(tài)系統(tǒng)成熟之前”尚未準(zhǔn)備就緒，這有助于解釋為什么臺(tái)灣領(lǐng)先的外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試 (OSAT) 公司日月光科技 (ASE Technology) 和日本的愛德萬測(cè)試 (Advantest) 在硅光子全球峰會(huì)上也表現(xiàn)突出。

在硅光子活動(dòng)之后舉行的臺(tái)灣半導(dǎo)體貿(mào)易展上，臺(tái)積電告訴媒體，由于 CoWoS 封裝產(chǎn)能短缺，其向 NVIDIA 提供 AI 處理器的能力可能會(huì)受到限制，直到明年年底。到那時(shí)，容量應(yīng)該會(huì)增加一倍。

英特爾將硅光子學(xué)定義為“20世紀(jì)最重要的兩項(xiàng)發(fā)明——硅集成電路和半導(dǎo)體激光器的結(jié)合。與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品相比，它能夠在更遠(yuǎn)的距離上實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)利用英特爾大批量硅制造的效率。”

英特爾解釋說，通過結(jié)合“光學(xué)的力量和硅的可擴(kuò)展性……光收發(fā)器是以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器和傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的光學(xué)接口，為大規(guī)模云和企業(yè)數(shù)據(jù)中心提供連接?！?/p>

SemiAnalysis 的迪倫·帕特爾 (Dylan Patel) 寫道：“英特爾生產(chǎn)的硅光子學(xué)規(guī)模是世界上最大的。他們?cè)谥圃旃饩W(wǎng)絡(luò)收發(fā)器的市場(chǎng)份額中處于領(lǐng)先地位……英特爾的規(guī)模和解決方案的集成性質(zhì)使他們領(lǐng)先于行業(yè)……[故障率]比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高兩個(gè)數(shù)量級(jí)?！?/p>

英特爾計(jì)劃到 2025 年將其先進(jìn) IC 封裝產(chǎn)能提高約四倍，其中包括位于馬來西亞的新 3D 封裝工廠。8月下旬，英特爾負(fù)責(zé)制造供應(yīng)鏈和運(yùn)營(yíng)的公司副總裁Robin Martin向Tech Wire Asia表示，“馬來西亞最終將成為英特爾最大的3D芯片封裝生產(chǎn)基地。”

除了提高自己的光收發(fā)器和其他硅光子產(chǎn)品的產(chǎn)量外，英特爾還向其他公司提供該技術(shù)。去年3月，中國(guó)的FAST Photonics Technologies宣布計(jì)劃生產(chǎn)基于英特爾技術(shù)的光收發(fā)器。

Fast Photonics的總部和工廠位于深圳。它還在加利福尼亞州圣何塞設(shè)有銷售和技術(shù)支持中心，靠近英特爾圣克拉拉總部。

2023 年 5 月，日本國(guó)家電信運(yùn)營(yíng)商和電信技術(shù)開發(fā)商 NTT 宣布計(jì)劃在未來幾年內(nèi)制造一系列日益復(fù)雜的光電融合設(shè)備。

這些設(shè)備無需將信號(hào)從光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)換回來，因此將為徹底降低電信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的功耗開辟道路。

NTT 的目標(biāo)是到 2030 年將移動(dòng)和光網(wǎng)絡(luò)的能源效率提高 100 倍，傳輸容量提高 125 倍，端到端延遲（延遲）降低 200 倍。

NTT 與英特爾和索尼一起建立了創(chuàng)新光和無線網(wǎng)絡(luò)全球論壇，以“加速采用新的通信基礎(chǔ)設(shè)施，該基礎(chǔ)設(shè)施將匯集包括硅光子、邊緣計(jì)算和無線分布式計(jì)算在內(nèi)的全光子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

2014年，華為和imec將硅光子納入其光數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)的聯(lián)合研究中。此前，華為于前一年收購(gòu)了Caliopa，Caliopa是一家從imec和根特大學(xué)分離出來的硅光子光收發(fā)器開發(fā)商。

但在華為被列入美國(guó)商務(wù)部實(shí)體清單以及2019年禁止向中國(guó)運(yùn)送ASML的EUV光刻系統(tǒng)后，華為與imec的合作被終止。ASML與imec關(guān)系密切。

華為繼續(xù)進(jìn)行自己的研究，這對(duì)于其電信設(shè)備業(yè)務(wù)和逃避美國(guó)政府制裁的努力都很重要。在2022年10月發(fā)布在YouTube上的一段視頻中，它宣稱：“華為打算生產(chǎn)光子芯片，以規(guī)避美國(guó)的芯片限制?！?/p>

它接著說，光子芯片的性能優(yōu)于硅基 IC，而硅基 IC 在 2 納米以下的工藝節(jié)點(diǎn)上幾乎不可能制造……此外，[光子]芯片的制造工藝完全不同……它將使用全新的制造技術(shù)，并將根本不需要***。

視頻總結(jié)道：“最重要的一點(diǎn)是，這一領(lǐng)域的研究仍處于早期階段，歐美國(guó)家尚未形成壟斷?！?/p>

這一評(píng)估似乎至少展望了未來十年。雖然這是樂觀但合理的。