EEtimes：硅光子學(xué)準備起飛

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

  這種新興技術(shù)可能會(huì )給二線(xiàn)晶圓代工廠(chǎng)帶來(lái)競爭優(yōu)勢，并改變美國和中國之間的芯片競爭。美國戰略與國際研究中心（Center for Strategic and International Studies）的一份報告稱(chēng)，在北京，一些人認為硅光電子技術(shù)可以幫助中國繞過(guò)美國主導的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(chǎng)規模很小，但據市場(chǎng)研究公司Yole Group的預測，到2029年，硅光子學(xué)市場(chǎng)的復合年增長(cháng)率將達到42%，達到8.5億美元。主要的增長(cháng)動(dòng)力是對最新的800G收發(fā)器的需求，以及為傳輸大量數據而擴大光纖網(wǎng)絡(luò )容量的需求。

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

  生產(chǎn)硅光子學(xué)的晶圓廠(chǎng)不需要最先進(jìn)的工藝技術(shù)來(lái)制造能夠進(jìn)行高速數據傳輸且功耗低的芯片。這項新技術(shù)通過(guò)產(chǎn)生光而不是電子來(lái)加速數據中心的數據傳輸并減少能源消耗。

  Yole指出，隨著(zhù)人工智能機器學(xué)習數據集變得越來(lái)越大，光傳輸已成為服務(wù)器中數據傳輸的關(guān)鍵。

  Yole的光子學(xué)分析師Martin Vallo在接受EE Times采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，從2023年3月開(kāi)始，像谷歌和亞馬遜這樣的超大規模數據中心客戶(hù)，連同頂級AI芯片制造商英偉達（Nvidia），開(kāi)始增加對800G收發(fā)器的需求。這一激增導致訂單和補貨持續增加，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基礎設施和大型AI/ML集群提供了超快的高帶寬通信。

  格芯（GlobalFoundries）

  格芯高級總監Vikas Gupta在接受EETimes采訪(fǎng)時(shí)表示，隨著(zhù)對更高數據速率和更低功耗的需求成為數據中心發(fā)展的關(guān)鍵，硅光子學(xué)正成為領(lǐng)先技術(shù)。

  如今，許多數據中心的光子學(xué)部件都有標準化的插頭，可以插入交換機或GPU板。這種可插拔的形式正在轉變?yōu)榛诠璧墓卜庋b光學(xué)器件，其轉換接口更接近于計算。

  Gupta說(shuō)：“因為這些接口離電子設備更近，所以有可能降低功耗，因為現在[系統設計師]不必考慮銅走線(xiàn)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)有能力和機會(huì )顯著(zhù)減少數據中心的損耗，同時(shí)保持或提高下一代數據中心所需的數據速率?！?

  典型的能效指標是每比特皮焦耳。

  Gupta說(shuō)：“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(hù)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補充說(shuō)，格芯有幾個(gè)客戶(hù)已經(jīng)接近完成原型制作階段。

  他說(shuō)：“至少在收發(fā)器和數據通信方面，我們正處于這樣一個(gè)階段，有幾家客戶(hù)已經(jīng)準備好投入生產(chǎn)?！?

  格芯的量子計算客戶(hù)包括正在購買(mǎi)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(chǎng)采用標準的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(chǎng)安裝自己的工具才能開(kāi)始生產(chǎn)。

  Gupta說(shuō)：“硅作為一種材料，在調制器等方面的應用將會(huì )枯竭，我們預計會(huì )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(zhù)在硅光子芯片上，用于激光器或半導體光學(xué)放大器。當涉及到這些非硅基的不同材料時(shí)，很明顯會(huì )有一些針對硅光子學(xué)的特定重新裝備需求。當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(shí)，這將需要特定的工具。具體是在工廠(chǎng)內部還是在工廠(chǎng)外進(jìn)行，這取決于具體的技術(shù)。目前，硅光子學(xué)在工廠(chǎng)內部已經(jīng)使用了大量的專(zhuān)門(mén)工具?！?

  OpenLight

  OpenLight 是一家于2022年從Juniper Networks和Synopsys分拆出來(lái)的公司，專(zhuān)注于設計硅光子芯片，并授權相關(guān)的專(zhuān)利費和知識產(chǎn)權。

  “硅光子學(xué)的一個(gè)好處是你不需要追求更小的工藝節點(diǎn)，”OpenLight首席執行官Adam Carter在接受EE Times采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)?！拔覀冊诟咚雽w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?！?

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

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

  “這是我們的工藝，”Carter說(shuō)?！拔覀儽O控鍵合產(chǎn)率等問(wèn)題，并根據不同工藝技術(shù)的鍵合需求開(kāi)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體建立。

  OpenLight在公司成立之初就推出了首個(gè)標準工藝。接下來(lái)的兩個(gè)工藝分別面向汽車(chē)傳感和數據中心。公司即將為數據中心工藝提供分布式反饋激光器（DFB）。

  “DFB激光器將成為推動(dòng)數據中心空間內AI采用的關(guān)鍵因素，”Carter說(shuō)。

  臺積電和英特爾

  世界領(lǐng)先的晶圓代工廠(chǎng)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(xiàn)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中介層上的應用。

  今年6月，英特爾的集成光子解決方案集團展示了一款該公司稱(chēng)為業(yè)內最先進(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共封裝并運行實(shí)時(shí)數據。

  英特爾稱(chēng)，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模云服務(wù)提供商的大規模數據中心網(wǎng)絡(luò )中，用于100G、200G和400G應用。這家芯片制造商正在開(kāi)發(fā)200G通道的光子芯片，以支持新興的800G和1.6T應用。

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

  作者：Alan Patterson