硅光前景瞻望_光子_技巧

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硅光前景瞻望_光子_技巧硅光前景瞻望_光子_技巧智能

随着人工智能等数据中央新运用的涌现，用于数据中央的基于硅光子技能的数据互联市场也在逐渐变热。
三月是硅光技能非常热闹的一个月，AMD/Xilinx刚宣告和Ranovus互助发布了一款将Versal ACAP和Ranovus的Odin光通信模组集成在一起的系统，Marvell也同时发布了其400G DR4硅光平台，而GlobalFoundries也发布了其硅光子工艺平台Fotonix。
本文将对硅光子技能的前景做一些剖析，我们认为在未来硅光子技能会在数据中央中扮演越来越主要的角色，且其技能发展将会向着本钱和功耗更低、体积更小的方向演进。

硅光子技能在数据中央中的运用

（图片来自网络侵删）

传统上，基于光的通信紧张是用在长间隔高速通信中，例如大家熟习的光纤宽带入户便是这样的长间隔高速有线通信的一个主要例子。
在数据中央中，常用的数据互联是基于铜电缆的通信。

然而，在最近几年，随着人工智能等运用的兴起，数据中央中也在走向基于光通信的数据互联。
这紧张的缘故原由在于，人工智能等运用将对付数据互联带宽的需求大大提升了，而常规的铜电缆互联越来越难以知足需求。
例如，在人工智能运用中，数据中央常常须要进行大量分布式打算，而分布式打算中，不同做事器之间须要频繁的大量数据交流，数据互联的带宽每每会限定整体任务的性能。
这也是大数据时期的一个特点，即算法为了处理海量数据，数据访问的性能和打算性能险些一样主要，有时候乃至更主要；而随着算法规模越来越大，须要利用多台做事器进行分布式打算的场合也越来越多，因此做事器之间的高速数据互联就成为一个极其主要的核心技能了，而这成为数据中央引入超高带宽基于硅光子的数据互联的紧张情由。
在几年前，人工智能刚刚兴起时，Nvidia就凭借和Mellanox的互助在机器学习演习中引入基于光互连的InfiniBand从而助力高性能演习，而到了本日类似的超高速光互联已经险些成为数据中央的标配。

在未来，我们认为大数据和人工智能将连续成为驱动数据中央市场的紧张动力。
正由于如此，未来数据中央对付基于光的数据互联的需求可望进一步增加，而这也将进一步提升硅光子的市场规模，我们也因此看到了半导体业界的几大巨子都在积极布局干系的硅光子技能。

硅光子技能与CMOS芯片设计

我们认为，硅光子技能目前正在经历一场主要的技能改造，个中的核心技能便是协同封装光子（co-packaged optics，CPO）技能，利用该技能可以把硅光子模块和超大规模CMOS芯片以更紧密的形式封装在一起，从而在本钱、功耗和尺寸上都进一步提升数据中央运用中的光互连技能。

CPO技能的紧张是指把硅光模块和CMOS芯片用高等封装的形式（例如2.5D或者3D封装）集成在一起。
在CPO技能兴起之前，目前的传统技能是把硅光模块和CMOS芯片独立成两个单独模块，然后在PCB板上连到一起。
这么做的好处设计较为模块化，CMOS芯片或者硅光模块单独出问题的化都可以单独改换，但是在功耗、尺寸和本钱上都较为不利。
例如，由于硅光模块的输出是超高速数据，这些数据利用PCB板连接到CMOS芯片上会碰着较大的旗子暗记消耗，因此须要恨到的功耗才能支持高数据率。
此外，本钱上要设计支持超高速旗子暗记的PCB也须要较高的开销，而在尺寸上来说分立的硅光模组和CMOS芯片常日集成度更低，这也限定了进一步提升数据中央中的做事器密度。

而CPO便是为理解决这些问题的技能。
当利用高等封装技能把硅光模块和CMOS芯片集成到同一个封装内之后，首先硅光模块和CMOS芯片之间的数据连接质量（旗子暗记消耗）比较PCB板来说要改进不少，因此能降落功耗；另一方面在大规模量产之后，高等封装也能带来本钱上的改进。
末了，利用CPO之后，由于都集成在同一个封装内，整体系统的集成度大大提升，尺寸减小，因此也能提升硅光子技能在数据中央运用处景的遍及。

目前，浩瀚硅光子领域有投资的巨子都在大力发展CPO技能。
如前所述，硅光子技能带来超高速互联是人工智能等分布式高性能打算的核心技能，因此以数据中央为紧张市场的公司如Nvidia和AMD都对付CPO有大量布局和投入。
Nvidia自从收购Mellanox之后，也进一步强化了其在高性能光互连方面的能力，而在CPO方面Nvidia也公布了其目前的在研技能，即利用CPO技能把GPU和硅光子芯片集成在同一个封装内，以同时支持24路NVLINK，从而实现4.8Tbps的超高速互联。

而在数据中央中与Nvidia直接竞争的AMD则也在大力布局CPO技能，日前公布的和Ranovus的互助我们认为便是AMD对付CPO的主要投资。
Ranovus是CPO领域的主要技能创新公司，它和TE Connectivity，IBM和Senko共同研发的CPO技能目前已经实现了把硅光子模块和收发模块以很高的集成度集成在同一块芯片中（而非常规的CPO技能中硅光子模块和收发模块仍旧是两块单独的芯片），从而实现了更好的集成度和性能。
Ranovus把自己的独特技能称为CPO 2.0，我们也预期AMD通过与Ranovus互助可以进一步提升自己在数据中央光互联领域的能力。

除了紧张用于自家高性能打算系统的Nvidia和AMD，Broadcom和Marvell等主要的网络通信供应商也在硅光子和CPO领域有不少投入。
Marvell刚刚在OFC大会上发布了其400G DR4硅光芯片，具有很高的集成度，包括收发模块和激光驱动模块，该芯片通过CPO技能和Marvell的Teralynx网络开关集成在一起，实现了超高数据带宽。

硅光技能的工艺平台

在工艺方面，GlobalFoundries是硅光子技能方面的投入程度可能是几家主流代工厂中最积极的。
在硅光子技能方面，GlobalFoundries从数年前就开始积极布局，目前能供应前辈的硅光子工艺平台，包括各种光波导、相移器、极化器、光二极管等等，除了硅光子工艺之外，GlobalFoundries还供应高等封装选项，帮助客户实现CPO技能。
在GlobalFoundries刚刚发布的Fotonix平台中，更是进一步把硅光子和CMOS整合在同一块芯片上，从而能实现更高的性能和集成度。
根据GlobalFoundries公布的资料，目前其Fotonix平台的客户包括Broadcom，Marvell，Nvidia，Cisco，Ranovus等硅光子领域的主要厂商，未来前景大有可不雅观。

除了GlobalFoundries之外，Intel也在积极布局硅光子的工艺技能。
在高速网络交流芯片市场，Intel正在力推其Tofino方案，个中也包括了自研的硅光子技能和高等封装技能。
Intel在这两个领域实在技能积累较为深厚，在六年前，现任Intel CEO Pat Gelsinger（当时还是副总裁）就在力推硅光子技能，并且认为硅光子在未来一定会成为主流技能。
凭借Intel在硅光子工艺和封装技能领域的积累，我们认为未来Intel也将会成为该领域的有力竞争者。

总而言之，我们认为在未来，硅光子的紧张技能演进将集中在更高集成度，以及和CMOS芯片的封装上面，而前辈的硅光子制造工艺以及封装技能将会成为硅光子技能演进的核心技能支撑。

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