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光子芯片，硬剛英偉達NVLink

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光子芯片，硬剛英偉達NVLink

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本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自eetimes
光子芯片新勢力 ， 年內量產沖AI 。
據接受《EE Times》獨家采訪的高管透露 ， 初創芯片制造商 Celestial 和 OpenLight 最早將于今年生產出首批芯片 ， 為亞馬遜、微軟和谷歌等運行 AI 數據中心的超大規模客戶提供更快的光子學和更低的功耗 。
8月份 ， Celestial從臺積電旗下的VentureTech Alliance和三星催化基金（Samsung Catalyst Fund）獲得了2.55億美元的融資 ， 使其融資總額達到5.2億美元 。 同樣在8月份 ， OpenLight從瞻博網絡（Juniper Networks ， 現已并入HPE）和Lam Research旗下的企業風險投資部門Lam Capital等投資者處籌集了3400萬美元的資金 。
到明年 ， Celestial 將出售其首批芯片 ， 包括該公司的 Photonic Fabric ， 該技術可在處理器封裝內提供從芯片到芯片的光學擴展網絡 ， 或跨數據中心機架提供從服務器到服務器的光學擴展網絡 。 隨著下一代人工智能基礎設施需求的飆升 ， Celestial 將利用新融資來加強其供應鏈 ， 并深化與包括臺積電在內的代工廠的合作 。
OpenLight 將利用新資本擴展其由代工廠 Tower Semiconductor 制造的有源和無源光子元件 PDK 庫 ， 該庫包括 400 千兆位每秒 (Gbps) 的調制器和在芯片上異構集成激光器的磷化銦技術 。
Celestial 首席運營官 Preet Virk 告訴《EE Times》：“超大規模廠商計劃在我們能夠交付解決方案后立即采用 ， 時間大概在明年中下半年 。 這包括超大規模廠商以及我們為其提供一些有趣解決方案的半導體公司 。 ”
OpenLight 首席執行官Adam Carter表示將于今年開始生產 ， 他向《EE Times》表示 ， 該公司有一些“相當大的”客戶有興趣采用磷化銦用于共封裝光學器件 (CPO) 等應用 。
Carter表示：“一個 CPO 產生的總帶寬將會非常大 ， 比其他任何人宣傳的都要大得多 。 ”他還補充說 ， 該公司將在今年年底前為首批客戶投入生產 。
Virk 表示：“超大規模企業迫不及待地想要采用光學技術 。 ”
Celestial 專注于服務器內的“縱向擴展”網絡 ， 85% 的數據中心流量都流向此類網絡 。 Virk 指出 ， 去年縱向擴展網絡的銷量超過了基于銅纜的以太網橫向擴展交換機 。 光子芯片領域的其他競爭對手包括 Ayar Labs、Lightmatter 和華為 。
今年3月 ， Lightmatter宣布推出Passage M1000 ， 其總光學帶寬可達每秒114 Tbps 。 M1000參考平臺是一款多光罩有源光子中介層 ， 可連接3D封裝中的大型芯片 ， 從而為數千個GPU提供連接 。 Lightmatter已與GlobalFoundries和芯片封裝商Amkor合作 ， 開始基于M1000進行客戶設計的生產 。
Ayar Labs 和 Alchip Technologies 于 9 月建立合作伙伴關系 ， 將 Ayar 的 CPO 和 Alchip 的設計專業知識與臺積電的緊湊型通用光子引擎 (COUPE) 先進封裝技術相結合 。
據 Celestial 報道 ， 隨著各大公司競相打造 AI 計算能力 ， 全球歷史上規模最大的基礎設施投資正在進行中 。 IBM等公司也加入了這場競爭 。 量子計算初創公司PsiQuantum 已在 GlobalFoundries 位于紐約州馬耳他的晶圓廠采用標準 45 納米氮化硅工藝制造光子芯片 。
Celestial 首席執行官 David Lazovsky 在一份聲明中表示：“人工智能行業正遭遇根本性的瓶頸 ， 即人工智能處理器之間通過銅線傳輸數據 。 目前的銅基互連根本無法高效擴展 ， 以滿足下一代人工智能所需的數百萬個處理器的需求 。 ”
挑戰Nvidia的NVLinkCelestial 聲稱其光子結構在功耗方面明顯優于 Nvidia 的 NVLink 。 與傳統的 PCIe 相比 ， NVLink 互連實現了 GPU 之間更快、更直接的通信 。
Virk 表示：“在進行 GPU 到 GPU 的通信時 ， 我們消耗的功率僅為 NVLink 交換機的四分之一 。 ”

來源：Celestial
Celestial 正在推出其專利的光存儲器接口橋接器 (OMIB) ， 作為 NVLink 的替代方案 。 OMIB 類似于英特爾的 EMIB、臺積電的 CoWoS 和三星的 IQE 等先進封裝技術 。 OMIB 可在芯片內部以及與其他芯片之間提供光子連接 。 Celestial 的控制電路的發送/接收部分采用臺積電的 4 納米和 5 納米工藝 。
華為也瞄準NVLink華為輪值董事長徐直軍表示 ， 本周 ， 該公司發布了全新的SuperPod集群 ， 該集群將連接多達15488個Ascend NPU ， 并將它們作為一個連貫的系統運行 。 SuperPod產品將于明年應用于華為的Ascend芯片 。
EMI挑戰“如果你看看 Nvidia 和 AMD 的路線圖 ， 就會發現他們正在把大型全光罩芯片集成到一個封裝中 ， ”Virk 說 。 “將這些芯片連接到封裝內的高速、高密度互連 ， 正成為 EMI 信號完整性的一大挑戰 。 我們可以把光學 IO 放置在芯片上的任何位置 。 如今世界上生產的每一塊芯片 ， 光學 IO 都位于芯片的邊緣 。 我們沒有這個問題 ， 因為我們的調制器不像微環那樣對熱敏感 。 ”
Celestial 不使用微環 ， 而是使用 EAM（電吸收調制器）通過施加電場來調節光吸收 ， 從而控制激光束強度 。
Virk 表示：“目前 Nvidia 的一項操作需要 600 到 700 納秒 ， 而我們可以在 100 到 200 納秒內完成 ， 而且功耗極低 ， 約為每位 2.8 皮焦耳 。 ”
OpenLight 的 Carter 表示 ， 他的公司已經利用其 200 千兆比特每秒的調制器實現了約 1.5 皮焦耳/比特的傳輸效率 。 “如果現在使用相同的 DFB（分布式反饋激光器）進行擴展 ， 并將 200 千兆比特的調制器換成 400 千兆比特的調制器 ， 那么由于電壓提升幅度沒有那么大 ， 每比特的傳輸效率基本上可以減半 。 這就是異構集成的固有優勢 。 ” 該公司于 2 月份宣布推出一款 400 千兆比特的調制器 。
“我們已經成功演示了基于磷化銦的400千兆調制器 ， ”Carter說道 。 “這意味著客戶能夠擴展和橫向擴展其網絡 ， 以獲得更大的帶寬和更高的密度 。 ”
關于封裝Carter表示 ， 競爭的焦點是先進封裝 。
“許多公司在發布有關 CPO 或調制的公告時都會有不同的要求 ， 特別是在包裝方面 ， 包裝里有什么 ， 尺寸是多少 ， 規模是什么樣的 。
它最初不會基于標準 。 OpenLight 的定位非常獨特 ， 因為我們不一定為你制造芯片 。 我們為你提供一個組件庫 ， 這樣你就可以設計自己的芯片 。
OpenLight 正在與芯片封裝商 ASE 位于加州的子公司 ISE 合作 。 Celestial 的目標是在量產后向芯片設計人員提供其自有的芯片集 。 “一種采用方式是 ， 我們為您提供一個需要您封裝的光學芯片集 ， ”Virk 說道 。 “該光學芯片集帶有一個 EIC（嵌入式中介層載體） 。 ”
EIC 是一種新型封裝技術 ， 它充當嵌入式中介層 ， 將芯片集成到類似 SOC 的多層封裝中 ， 成本低于傳統的 3D IC 。 Virk 表示：“我們為您提供芯片以及所有封裝和光學技術 ， 您可以前往任何 OSAT 進行封裝 。 ” 作為芯片的替代方案 ， Celestial 還計劃將其 IP 應用于客戶芯片 。
該公司正在流片硅片 ， Virk 認為這是世界上第一個在芯片中間配備光學 IO 的大型 SoC 。
Celestial 產品管理高級總監 Ravi Mahatme 表示：“我們將內存控制器放置在芯片邊緣 。 在芯片的南邊緣 ， 我們放置了兩個用于 HBM3e 的 HBM 控制器 。 在東西兩側 ， 我們放置了四個 DDR 控制器 ， 用于尋址八個 DDR DIMM 。 通過軟件 ， HBM 可以充當 DDR 的緩存 。 這樣一來 ， 基本上就可以隱藏 DRAM 的內存訪問延遲了 。 ”
Mahatme 稱這一發展將改變游戲規則 。
“這是一個統一的內存空間 ， 任何處理器都可以讀寫任何內存位置 ， ”他說 。 “DLRM（深度學習推薦模型）的大小達到TB級 。 目前 ， 存儲這些模型的唯一方法是將XPU連接在一起 。 這改變了游戲規則 ， 因為這個模型可以本地存儲 。 ”
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