EEtimes：硅光子学准备起飞

  ICC讯  据美国知名专业媒体EEtimes报道，全球晶圆代工企业格芯（GlobalFoundries）、高塔半导体（Tower Semiconductor）以及可能包括中国的一些公司正准备迎接由人工智能和其他应用如量子计算所驱动的硅光子学需求浪潮。

  这种新兴技术可能会给二线晶圆代工厂带来竞争优势，并改变美国和中国之间的芯片竞争。美国战略与国际研究中心（Center for Strategic and International Studies）的一份报告称，在北京，一些人认为硅光电子技术可以帮助中国绕过美国主导的EUV工具出口禁令，该禁令削弱了中国在制造先进芯片方面的进展。

  硅光子学市场规模很小，但据市场研究公司Yole Group的预测，到2029年，硅光子学市场的复合年增长率将达到42%，达到8.5亿美元。主要的增长动力是对最新的800G收发器的需求，以及为传输大量数据而扩大光纤网络容量的需求。

  据《南华早报》10月报道，中国国家资助的JFS实验室宣布了硅光子学发展的一个“里程碑”，这可能有助于中国克服芯片设计的技术障碍，并在美国制裁的情况下加强国内供应链。

  生产硅光子学的晶圆厂不需要最先进的工艺技术来制造能够进行高速数据传输且功耗低的芯片。这项新技术通过产生光而不是电子来加速数据中心的数据传输并减少能源消耗。

  Yole指出，随着人工智能机器学习数据集变得越来越大，光传输已成为服务器中数据传输的关键。

  Yole的光子学分析师Martin Vallo在接受EE Times采访时说，从2023年3月开始，像谷歌和亚马逊这样的超大规模数据中心客户，连同顶级AI芯片制造商英伟达（Nvidia），开始增加对800G收发器的需求。这一激增导致订单和补货持续增加，从根本上改变了行业趋势。

  这些800G收发器是前一代400G的两倍，为AI基础设施和大型AI/ML集群提供了超快的高带宽通信。

  格芯（GlobalFoundries）

  格芯高级总监Vikas Gupta在接受EETimes采访时表示，随着对更高数据速率和更低功耗的需求成为数据中心发展的关键，硅光子学正成为领先技术。

  如今，许多数据中心的光子学部件都有标准化的插头，可以插入交换机或GPU板。这种可插拔的形式正在转变为基于硅的共封装光学器件，其转换接口更接近于计算。

  Gupta说：“因为这些接口离电子设备更近，所以有可能降低功耗，因为现在[系统设计师]不必考虑铜走线中发生的所有信号完整性损失，甚至在板级上。硅光子学有能力和机会显著减少数据中心的损耗，同时保持或提高下一代数据中心所需的数据速率。”

  典型的能效指标是每比特皮焦耳。

  Gupta说：“使用硅光子学的共封装光学器件有能力将能耗降低到每比特5皮焦耳甚至1皮焦耳以下。我们的客户已经在硅上展示了每比特5皮焦耳。我们确实希望下一代能降到5皮焦耳以下。”

  Gupta补充说，格芯有几个客户已经接近完成原型制作阶段。

  他说：“至少在收发器和数据通信方面，我们正处于这样一个阶段，有几家客户已经准备好投入生产。”

  格芯的量子计算客户包括正在购买光子学的PsiQuantum和Diraq。PsiQuantum公司在格芯位于纽约州马尔他的晶圆厂采用标准的45纳米氮化硅光子学工艺制造光子芯片。

  即便如此，这家量子计算公司还是不得不在格芯的晶圆厂安装自己的工具才能开始生产。

  Gupta说：“硅作为一种材料，在调制器等方面的应用将会枯竭，我们预计会有其他材料，如薄膜铌酸锂或钛酸钡，或者需要将磷化铟附着在硅光子芯片上，用于激光器或半导体光学放大器。当涉及到这些非硅基的不同材料时，很明显会有一些针对硅光子学的特定重新装备需求。当我们谈到将硅与不同的材料异质集成以用于硅光子学时，这将需要特定的工具。具体是在工厂内部还是在工厂外进行，这取决于具体的技术。目前，硅光子学在工厂内部已经使用了大量的专门工具。”

  OpenLight

  OpenLight 是一家于2022年从Juniper Networks和Synopsys分拆出来的公司，专注于设计硅光子芯片，并授权相关的专利费和知识产权。

  “硅光子学的一个好处是你不需要追求更小的工艺节点，”OpenLight首席执行官Adam Carter在接受EE Times采访时说。“我们在高塔半导体使用的是45纳米的BiCMOS工艺，我们不需要追逐更先进的工艺。我们不需要走得比这更远。”

  Carter表示，这家2022年成立的初创公司已经有六位客户将其设计移植到了高塔半导体，使用了OpenLight的工艺设计套件。自从他于2023年1月担任CEO加入公司时的两位客户起，公司现在已经拥有了大约15位客户。

  该公司正在建立一个包括设计软件提供商（如Synopsys）和封装公司（如Jabil）在内的硅光子学制造合作伙伴生态系统。

  “这是我们的工艺，”Carter说。“我们监控键合产率等问题，并根据不同工艺技术的键合需求开发不同的配方。”

  OpenLight拥有三种光子学工艺，其中两种已在高塔半导体建立。

  OpenLight在公司成立之初就推出了首个标准工艺。接下来的两个工艺分别面向汽车传感和数据中心。公司即将为数据中心工艺提供分布式反馈激光器（DFB）。

  “DFB激光器将成为推动数据中心空间内AI采用的关键因素，”Carter说。

  台积电和英特尔

  世界领先的晶圆代工厂台积电（TSMC）也在制造光子芯片。

  台积电在与EE Times的电子邮件交流中表示，公司的路线图是在2024年将COUPE技术用于可插拔模块，随后在2026年将COUPE应用于CoWoS共封装光学解决方案的基板上。COUPE（Compact Universal Photonic Engine）代表紧凑型通用光子引擎，这是台积电对其用于堆叠硅和光子的技术的命名。

  台积电表示，公司正在探索COUPE技术在CoWoS中介层上的应用。

  今年6月，英特尔的集成光子解决方案集团展示了一款该公司称为业内最先进且首次完全集成的光计算互连芯片模块，该模块与英特尔CPU共封装并运行实时数据。

  英特尔称，其光子芯片被封装在可插拔收发器模块中，部署在主要的超大规模云服务提供商的大规模数据中心网络中，用于100G、200G和400G应用。这家芯片制造商正在开发200G通道的光子芯片，以支持新兴的800G和1.6T应用。

  原文：https://www.eetimes.com/silicon-photonics-set-for-takeoff/#genecy-interstitial-ad

  作者：Alan Patterson