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台积电、博通等追逐的CPO,是什么?
2024-09-18 17:50:25 4
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    (原标题:台积电、博通等追逐的CPO,是什么?)

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    来源:内容来自Technews,谢谢。

    早在一年多前,硅光子与CPO 两大光电整合技术还仅是特定领域才会关注的项目,一年多后的现在,它不但挤身成为半导体展的主议题、产业联盟盛大成立,更是AI 芯片供应链都抢着发展的当红炸子鸡。

    硅光子是什么?简单来说,是在硅的平台上,将芯片中的「电讯号」转成「光讯号」,进行讯号传导的技术。也因此,这项技术牵涉到电、光两大产业的合作。而CPO(CPO,共同封装光学模组)则是搭配硅光子发展的先进封装,这项技术是取代过往插拔式模组,直接将光学元件封装在处理器芯片旁边,缩短电讯传输距离、提高传输速度同时降低能耗。

    CPO 的发展在这一年来出现了大跃进,从顶尖的IC 设计公司辉达、博通、超微,到晶圆制造公司台积电、英特尔,再到专业封测厂日月光都陆续提出相关解决方案,甚至在市场上亮相的时间也提前至2025 年,打破原先业界认为还需多年发展的预期。

    调研机构Yole Group 的预估是,2025 年到2026 年CPO 的概念将被认为可行,而2027-2029 年则会进入试产,要到2029 年才会进入量产阶段。不过,就连摩根士丹利证券都在最新报告中强调,以目前业内的调查来看,CPO 的发展时程会比Yole 预期的快速许多。

    而CPO 技术能迅速推进的关键仍是在于──AI 芯片。

    日月光执行长吴田玉就在刚举行的「硅光子产业联盟成立大会」就直指,「硅光子已经研发很多年,虽然有技术但很贵,一直停留在研发和少量生产阶段。不过,因为AI 发展带来的压力,所有技术都会被强迫加速前进,会比原本预计要更快。」

    为什么AI 的发展大幅加快了硅光子与CPO 的发展,台积电研发副总经理徐国晋在今年SEMICON 简报结尾时是这么说:「算力和能效是AI 时代下大家最渴求的两项要素。」他也提到,人类逐步进入AI 人工智能年代,每3~4 个月的资料传输量会倍增,是过去没办法想像的多。

    从实际数字来看,过去20 年的时光中,电脑算力(FLOPs)成长了6 万倍,然而记忆体频宽却仅成长100 倍、I/O 频宽更是只有30 倍的成长,造成和电脑算力成长之间的巨大差距。为了满足日益增加的算力需求,但同时要追求能耗的下降,半导体厂纷纷尝试起透过先进封装整合光学I/O 技术,在结合xPU(包括CPU、DPU、GPU、TPU、FPGA 和ASIC)与HBM 的AI 芯片中实现基于光学的互连,大幅缩减资料传输的距离,同时实现更高传输速度和大频宽,而这里的先进封装,指的正是CPO。


    英特尔是这样描述CPO 的技术:以光学I/O 替换CPU 与GPU 中的电气I/O 传输数据,就像用汽车、卡车替代马车分送货物,可增加运送距离与货物量、不受运送范围和容量的限制。

    CPO 技术的突破无疑是将AI 芯片的发展推向全新的里程碑。从近一年来成为云端业者最重要的AI 芯片委外设计厂商博通的简报中,就能感受到业界对这项技术的投入与期盼。由博通打造、采用CPO 封装技术的AI 芯片,预计将在2025 年亮相,而从博通的技术蓝图来看,到了2027 年与2028 年,升级版芯片也将陆续推出。


    这些技术突破也不仅限于IC 设计领导厂商与晶圆制造公司,封测龙头日月光也早已看到这个发展趋势并进行技术布局。根据日月光前瞻技术开发处处长林弘毅在硅光子论坛的简报,透过先进封装技术结合小芯片(chiplet)和光学I/O 的芯片,可以增进10 倍的频宽密度、减少5 倍的I/ O 能耗。相对应的CPO 解决方案,日月光则是预计在2026 年推出。


    然而,尽管在AI 浪潮驱动下,半导体产业全力冲刺硅光子与CPO 技术,目前的发展仍需要突破半导体制程整合进度,以及CPO 生产良率与维护成本的瓶颈。这些技术尚待克服的障碍需要的不只是单一厂商的技术突破,更是整个供应链的偕同。徐国晋就在其演讲中强调,生态系的建立是硅光子技术从研究阶段向商用化前进的关键。

    所幸,加速硅光子与CPO 发展已成业界共识,从IC 设计、EDA、雷射、晶圆代工、记忆体到封装测试厂,以及系统厂都正致力于技术突破与整合,加上硅光子产业联盟也已正式成立,硅光子与CPO 未来几年的发展无疑令业界相当期待。

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