ICC訊  據美國知名專業媒體EEtimes報道，全球晶圓代工企業格芯（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的硅光子學需求浪潮。

  這種新興技術可能會給二線晶圓代工廠帶來競爭優勢，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，在北京，一些人認為硅光電子技術可以幫助中國繞過美國主導的EUV工具出口禁令，該禁令削弱了中國在制造先進芯片方面的進展。

  硅光子學市場規模很小，但據市場研究公司Yole Group的預測，到2029年，硅光子學市場的復合年增長率將達到42%，達到8.5億美元。主要的增長動力是對最新的800G收發器的需求，以及為傳輸大量數據而擴大光纖網絡容量的需求。

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

  生產硅光子學的晶圓廠不需要最先進的工藝技術來制造能夠進行高速數據傳輸且功耗低的芯片。這項新技術通過產生光而不是電子來加速數據中心的數據傳輸并減少能源消耗。

  Yole指出，隨著人工智能機器學習數據集變得越來越大，光傳輸已成為服務器中數據傳輸的關鍵。

  Yole的光子學分析師Martin Vallo在接受EE Times采訪時說，從2023年3月開始，像谷歌和亞馬遜這樣的超大規模數據中心客戶，連同頂級AI芯片制造商英偉達（Nvidia），開始增加對800G收發器的需求。這一激增導致訂單和補貨持續增加，從根本上改變了行業趨勢。

  這些800G收發器是前一代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采訪時表示，隨著對更高數據速率和更低功耗的需求成為數據中心發展的關鍵，硅光子學正成為領先技術。

  如今，許多數據中心的光子學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為基于硅的共封裝光學器件，其轉換接口更接近于計算。

  Gupta說：“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]不必考慮銅走線中發生的所有信號完整性損失，甚至在板級上。硅光子學有能力和機會顯著減少數據中心的損耗，同時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：“使用硅光子學的共封裝光學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。我們的客戶已經在硅上展示了每比特5皮焦耳。我們確實希望下一代能降到5皮焦耳以下。”

  Gupta補充說，格芯有幾個客戶已經接近完成原型制作階段。

  他說：“至少在收發器和數據通信方面，我們正處于這樣一個階段，有幾家客戶已經準備好投入生產。”

  格芯的量子計算客戶包括正在購買光子學的PsiQuantum和Diraq。PsiQuantum公司在格芯位于紐約州馬爾他的晶圓廠采用標準的45納米氮化硅光子學工藝制造光子芯片。

  即便如此，這家量子計算公司還是不得不在格芯的晶圓廠安裝自己的工具才能開始生產。

  Gupta說：“硅作為一種材料，在調制器等方面的應用將會枯竭，我們預計會有其他材料，如薄膜鈮酸鋰或鈦酸鋇，或者需要將磷化銦附著在硅光子芯片上，用于激光器或半導體光學放大器。當涉及到這些非硅基的不同材料時，很明顯會有一些針對硅光子學的特定重新裝備需求。當我們談到將硅與不同的材料異質集成以用于硅光子學時，這將需要特定的工具。具體是在工廠內部還是在工廠外進行，這取決于具體的技術。目前，硅光子學在工廠內部已經使用了大量的專門工具。”

  OpenLight

  OpenLight 是一家于2022年從Juniper Networks和Synopsys分拆出來的公司，專注于設計硅光子芯片，并授權相關的專利費和知識產權。

  “硅光子學的一個好處是你不需要追求更小的工藝節點，”OpenLight首席執行官Adam Carter在接受EE Times采訪時說。“我們在高塔半導體使用的是45納米的BiCMOS工藝，我們不需要追逐更先進的工藝。我們不需要走得比這更遠。”

  Carter表示，這家2022年成立的初創公司已經有六位客戶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月擔任CEO加入公司時的兩位客戶起，公司現在已經擁有了大約15位客戶。

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

  “這是我們的工藝，”Carter說。“我們監控鍵合產率等問題，并根據不同工藝技術的鍵合需求開發不同的配方。”

  OpenLight擁有三種光子學工藝，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標準工藝。接下來的兩個工藝分別面向汽車傳感和數據中心。公司即將為數據中心工藝提供分布式反饋激光器（DFB）。

  “DFB激光器將成為推動數據中心空間內AI采用的關鍵因素，”Carter說。

  臺積電和英特爾

  世界領先的晶圓代工廠臺積電（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，公司的路線圖是在2024年將COUPE技術用于可插拔模塊，隨后在2026年將COUPE應用于CoWoS共封裝光學解決方案的基板上。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的命名。

  臺積電表示，公司正在探索COUPE技術在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為業內最先進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共封裝并運行實時數據。

  英特爾稱，其光子芯片被封裝在可插拔收發器模塊中，部署在主要的超大規模云服務提供商的大規模數據中心網絡中，用于100G、200G和400G應用。這家芯片制造商正在開發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