AMD芯片公司的高級管理人員表示，未來的 AMD 處理器可能會(huì)配備特定領(lǐng)域的加速器，甚至有些加速器是由第三方創(chuàng)建的。

高級副總裁 Sam Naffziger 在周三發(fā)布的一段視頻中與 AMD 首席技術(shù)官 Mark Papermaster 交談，強(qiáng)調(diào)了小芯片標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。

“特定領(lǐng)域的加速器，這是獲得每瓦每美元最佳性能的最佳方式。因此，這對于進(jìn)步絕對是必要的。您無法承擔(dān)為每個(gè)領(lǐng)域制作特定產(chǎn)品的費(fèi)用，所以我們可以做什么擁有一個(gè)小芯片生態(tài)系統(tǒng)——本質(zhì)上是一個(gè)庫，”Naffziger 解釋道。

他指的是Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe)——一種用于 Chiplet 通信的開放標(biāo)準(zhǔn)，自2022 年初創(chuàng)建以來，贏得了 AMD、Arm、英特爾和 Nvidia 等主要行業(yè)參與者以及許多其他較小品牌的廣泛支持也。

自 2017 年推出第一代 Ryzen 和 Epyc 處理器以來，AMD 一直處于小芯片架構(gòu)的前沿。從那時(shí)起，House of Zen 的小芯片庫已經(jīng)發(fā)展到包括多個(gè)計(jì)算、I/O 和圖形芯片，將其組合并封裝在其消費(fèi)者和數(shù)據(jù)中心處理器中。

這種方法的一個(gè)例子可以在 AMD 的 Instinct MI300A APU 中找到，該 APU于 2023 年 12 月推出，封裝了 13 個(gè)單獨(dú)的小芯片（四個(gè) I/O 芯片、六個(gè) GPU 芯片和三個(gè) CPU 芯片）以及八個(gè) HBM3 內(nèi)存堆棧。

Naffziger 表示，未來，像 UCIe 這樣的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)讓第三方構(gòu)建的小芯片進(jìn)入 AMD 封裝中。他提到硅光子互連——一種可以緩解帶寬瓶頸的技術(shù)——有潛力將第三方小芯片引入 AMD 產(chǎn)品。

Naffziger 認(rèn)為，如果沒有低功耗芯片間互連，該技術(shù)就不可行。

他解釋說：“你之所以選擇光學(xué)連接，是因?yàn)槟阆胍薮蟮膸?。因此，你需要每比特能量較低才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而封裝內(nèi)的小芯片是獲得最低能量接口的方法?！彼a(bǔ)充說，他認(rèn)為向共同封裝光學(xué)器件的轉(zhuǎn)變“即將到來”。

為此，幾家硅光子初創(chuàng)公司已經(jīng)在推出能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)的產(chǎn)品。例如，Ayar Labs開發(fā)了一種兼容 UCIe 的光子芯片，該芯片已集成到英特爾去年構(gòu)建的原型圖形分析加速器中。


共封光學(xué)將是下一風(fēng)口

近來，隨著ChatGPT、Sora等AI大模型加速問世，對作為底層基礎(chǔ)設(shè)施的算力提出了更高的需求，作為算力關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的光模塊，承擔(dān)著數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備互聯(lián)的角色，CPO則是光模塊未來的一種演進(jìn)形式，被視為AI高算力下的高能效比方案。據(jù)上市公司世紀(jì)華通表示，伴隨AI算力高存儲(chǔ)、高計(jì)算、高傳輸?shù)男枨?，光模塊需要使用CPO工藝以提升光電傳輸效率，為AI算力服務(wù)器提供強(qiáng)大的傳輸能力。

對于CPO的后市機(jī)會(huì)，機(jī)構(gòu)整體持有樂觀觀點(diǎn)。咨詢機(jī)構(gòu)LightCounting認(rèn)為，CPO技術(shù)最大的應(yīng)用場景是在HPC和AI簇領(lǐng)域的CPU、GPU以及TPU市場。到2026年，HPC和AI簇預(yù)計(jì)成為CPO光器件最大的市場。CPO出貨量預(yù)計(jì)將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規(guī)模上量。據(jù)其預(yù)測，全球CPO端口的銷售量將從2023年的5萬增長到2027年的450萬，4年時(shí)間將提升90倍。


高速率光模塊最有希望

數(shù)據(jù)中心使用的光模塊，存在平均約為3~4年的迭代周期。新易盛業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)張金雙在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“當(dāng)前國外云計(jì)算數(shù)據(jù)中心使用的光模塊正處于從400G到800G過渡的階段，國內(nèi)的換代速度慢一些，主要還在使用400G這一代光模塊?！?/span>

市場對光模塊傳輸速率的需求與數(shù)據(jù)中心中搭載的CPU/GPU等算力產(chǎn)品所需的帶寬有關(guān)。“如果是計(jì)算性能很高、帶寬需求比較大的GPU，那么要配合其發(fā)揮作用，就需要使用更高速率的光模塊?！睆埥痣p表示。也正是因此，當(dāng)前全球?qū)Ω咚俟饽K需求走在最前列的就是海外云服務(wù)商，尤其是AI應(yīng)用已經(jīng)開始了800G光模塊的部署。

林韜表示，在國內(nèi)，光模塊的傳輸速率過去多年都是由運(yùn)營商電信網(wǎng)絡(luò)需求驅(qū)動(dòng)。在2020年以后，更多的是由互聯(lián)網(wǎng)資訊商——尤其是數(shù)據(jù)中心的需求驅(qū)動(dòng)?！皵?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的迭代速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于之前的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度，如果現(xiàn)有技術(shù)無法滿足需求，那么將帶動(dòng)CPO等新興技術(shù)加快產(chǎn)品應(yīng)用步伐?！?/span>

影響光模塊數(shù)據(jù)傳輸速率的因素有這樣幾個(gè)：其一是是數(shù)據(jù)通道的封裝數(shù)量，其二是單通道速率，其三是編碼方式。

除了光模塊傳輸速率，功耗是云數(shù)據(jù)中心用戶，尤其是AI應(yīng)用的另一個(gè)重要的關(guān)注指標(biāo)。降低功耗，也就成為光模塊企業(yè)需要重點(diǎn)思考的問題。“更高速率、更低功耗一直是產(chǎn)業(yè)努力的方向。“張金雙表示，”通過光模塊內(nèi)部芯片和器件工藝升級、集成度提高，光模塊的速率持續(xù)提升、單位比特的功耗持續(xù)下降?！?/span>

因此，不論是提高光模塊傳輸速率，還是降低其傳輸功耗，封裝技術(shù)升級都占了非常重要的部分。在這樣的情況下，CPO成為產(chǎn)業(yè)技術(shù)方向的新寵。


2024年或是硅光芯片元年

自上世界80年代發(fā)明以來，硅光芯片由于制備難度大的缺點(diǎn)，場景一直相對比較局限。但硅光芯片最近的突破性進(jìn)展包括引入了在硅上制造有源光學(xué)元件的創(chuàng)新方法，并在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，未來硅光技術(shù)進(jìn)展有望加速。根據(jù)知名咨詢機(jī)構(gòu)Yole對市場數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，2022年全球硅光市場規(guī)模達(dá)到6,800萬美元，受益于用于提升光纖網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)中心收發(fā)器的推動(dòng)，預(yù)期2028年全球硅光市場規(guī)模將達(dá)到6億美元，期間硅光芯片年復(fù)合增長率預(yù)估為44%。

硅光芯片中的光器件可以分為有源器件和無源器件。有源器件包括激光器、調(diào)制器和光電探測器；無源器件包括平面波導(dǎo)、光柵或邊緣耦合器等?；谶@些器件，可以構(gòu)成光發(fā)射/接收芯片，并開展陣列化的應(yīng)用，最終通過光子集成技術(shù)（PIC）來實(shí)現(xiàn)硅光芯片。硅光產(chǎn)業(yè)可分為三個(gè)層次：硅光器件、硅光芯片和硅光模塊。硅光器件包括光源、調(diào)制器、探測器、波導(dǎo)等，是實(shí)現(xiàn)各種功能的基本單元；硅光芯片是指將光發(fā)送集成芯片、光接收集成芯片、光收發(fā)集成芯片、相同功能器件陣列化集成芯片（探測器陣列芯片、調(diào)制器陣列芯片等）等若干基本器件進(jìn)行單片集成；硅光模塊是指進(jìn)一步將光源、硅光器件/芯片、外部驅(qū)動(dòng)電路等集成到一個(gè)模塊，包括光收發(fā)模塊、光接收模塊和光收發(fā)一體模塊等，是系統(tǒng)級的硅光產(chǎn)品形態(tài)。

業(yè)內(nèi)認(rèn)為，硅光芯片可以分為三個(gè)階段：第一階段為硅器件逐步取代分立元器件，即用硅把光通信底層器件做出來，達(dá)到工藝的標(biāo)準(zhǔn)化；第二階段為集成技術(shù)從耦合集成向單片集成演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)部分集成，再把這些器件像堆積木一樣組合起來，集成不同的芯片；第三階段為光電一體技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)光電全集成化。根據(jù)中科院半導(dǎo)體研究所的王啟明院士介紹，目前硅光芯片技術(shù)正發(fā)展到第二階段。硅光芯片要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，需要依托硅材料與不同種類光電材料的異質(zhì)集成，以充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)異特性。

國家政策不斷鼓勵(lì)硅光芯片發(fā)展。2017年11月28日，工信部正式批復(fù)同意武漢建設(shè)國家信息光電子創(chuàng)新中心，該中心由光迅科技、烽火通信、亨通光電等多家企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)共同參與建設(shè)，匯聚了國內(nèi)信息光電子領(lǐng)域超過60%的創(chuàng)新資源，承載著解決我國信息光電子制造業(yè)“關(guān)鍵和共性技術(shù)協(xié)同研發(fā)”及“實(shí)現(xiàn)首次商業(yè)化”的戰(zhàn)略任務(wù)，著力破解信息光電子“缺芯”的局面。工信部2017年底發(fā)布的《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》指出，目前高速率光芯片國產(chǎn)化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片國產(chǎn)化率突破20%。2023年11月，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)提出，要資助CMOS兼容的硅光器件、接口及硅基三維集成工藝等。此外，2024年兩會(huì)上，中科院微電子所研究員王宇建議，將硅光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展明確列為政府支持范圍，并鼓勵(lì)企業(yè)、資本、人才聚集硅光芯片產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)相關(guān)細(xì)分領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化。

在政策帶動(dòng)下，各地政府也紛紛入局。上海市明確提出發(fā)展光子芯片與器件，重點(diǎn)突破硅光子、光通訊器件、光子芯片等新一代光子器件的研發(fā)與應(yīng)用，對光子器件模塊化技術(shù)、給予CMOS的硅光子工藝、芯片集成化技術(shù)、光電集成模塊封裝技術(shù)等方面的研究開展重點(diǎn)攻關(guān)。2018年10月，由重慶市政府重磅打造的國家級國際化新型研發(fā)機(jī)構(gòu)聯(lián)合微電子中心有限責(zé)任公司在重慶注冊成立，首期投資超100億元。2023年9月，湖北省人民政府提出搭建國際領(lǐng)先的硅光芯片創(chuàng)新平臺(tái)，支持武漢新芯、國家信息光電子創(chuàng)新中心等單位建設(shè)國內(nèi)首個(gè)12英寸商用硅光芯片創(chuàng)新平臺(tái)。

目前硅光行業(yè)由海外公司主導(dǎo)。2024年2月22日在國際固態(tài)電路大會(huì)（ISSCC 2024）上，臺(tái)積電正式公布了其用于高性能計(jì)算 （HPC）、人工智能芯片的全新封裝平臺(tái)。臺(tái)積電的新封裝技術(shù)通過硅光子技術(shù)，使用光纖替代傳統(tǒng)I/O電路傳輸數(shù)據(jù)。而另一大特點(diǎn)是，使用異質(zhì)芯片堆棧在IC基板上，采用混合鍵合來最大化I/O，這也使得運(yùn)算芯片和HBM高帶寬存儲(chǔ)器可以安裝在硅中介層上。這一封裝技術(shù)將采用集成穩(wěn)壓器來處理供電的問題。

去年以來，臺(tái)積電已頻頻傳出布局硅光及CPO（光電共封裝）的動(dòng)向。2023年末有消息稱，臺(tái)積電正與博通、英偉達(dá)等大客戶聯(lián)手開發(fā)硅光及CPO光學(xué)元件等新品，最快2024年下半年開始迎來大單，2025年有望邁入放量產(chǎn)出階段。業(yè)內(nèi)分析稱，高速資料傳輸目前仍采用可插拔光學(xué)元件，隨著傳輸速度快速進(jìn)展并進(jìn)入800G時(shí)代、未來更將迎來1.6T至3.2T等更高傳輸速率，功率損耗及散熱管理問題將會(huì)是最大難題。而半導(dǎo)體業(yè)界推出的解決方案，便是將硅光子光學(xué)元件及交換器ASIC，通過CPO封裝技術(shù)整合為單一模組，此方案已開始獲得微軟、Meta等大廠認(rèn)證并采用在新一代網(wǎng)路架構(gòu)。2024年或?qū)⒊蔀椤肮韫庠辍薄?/span>