初创公司用光芯片Chiplet改造处理器

如果首尔的 CPU向布拉格的处理器发送一个字节的数据，则信息会像光一样毫无阻力地快速传播大部分距离。但是将这两个处理器放在同一个主板上，它们将需要通过消耗能量的铜线进行通信，这可能会降低计算机内部的通信速度。而硅谷的两家初创公司Avicena和Ayar Labs正在努力解决这个长期存在的限制。

如果他们最终将光纤一直连接到处理器的尝试取得成功，那么它可能不仅会加速计算——还可能会对其进行改造。

两家公司都在开发光纤连接的chiplet，这些chiplet旨在与共享封装中的 CPU 和其他数据密集型芯片共享高带宽连接。他们都在 2023 年提高产量，尽管我们可能还需要几年时间才能在市场上看到配备这两种产品的计算机。

Ayar Labs已经成功地大幅小型化并降低了当今用于通过光纤电缆在数据中心周围传输比特的各种硅光子组件的功耗。该设备将数据编码到来自红外激光器的多个波长的光上，并通过光纤发送光。

Avicena 的chiplet与众不同：它使用的不是红外激光，而是来自由蓝色microLED制成的微型显示器的普通光。Avicena 的硬件不是多路复用所有光学数据以便它可以沿着单根光纤传输，而是通过专用光缆中的单独路径并行发送数据。

Ayar 拥有悠久的历史，为客户提供了一种类似于他们已经使用的远距离数据传输技术。但这场比赛中的黑马 Avicena 受益于微显示行业的持续发展，预计该行业每年增长 80%，到 2030 年达到 1230 亿美元，这得益于充满虚拟现实设备甚至增强现实的未来——真人隐形眼镜。

电信分析公司 LightCounting 的创始人兼首席执行官弗拉基米尔· 科兹洛夫 (Vladimir Kozlov) 表示：“就风险和创新而言，这些公司处于频谱的两端。”

Avicena 的硅芯片 LightBundle 由一个氮化镓 microLED 阵列、一个等尺寸的光电探测器阵列和一些 I/O 电路组成，以支持与其提供数据的处理器进行通信。双 0.5 毫米直径的光缆将一个chiplet上的 microLED 阵列连接到另一个chiplet上的光电探测器，反之亦然。这些电缆——类似于某些内窥镜中的成像电缆——包含一束与片上阵列对齐的纤维芯，为每个 microLED 提供了自己的光路。

公司首席执行官Bardia Pezeshki 解释说，除了这种类型的电缆之外，Avicena 还需要将另外两件事情结合在一起。“第一个，我认为最让业内任何人感到惊讶的是，LED 可以以每秒 10 吉比特的速度运行，”他说。考虑到就在五年前，可见光通信系统的技术水平还处于数百兆赫兹，“这太惊人了”。但在2021 年，Avicena 的研究人员展示了他们称之为腔增强光学微发射器或 CROMES 的 microLED 版本。这些设备是 microLED，通过最小化电容并牺牲一些将电子转换为光的效率来优化开关速度。

氮化镓通常不是集成在用于计算的硅芯片上的东西，但由于 microLED 显示器行业的进步，这样做基本上是一个已解决的问题。为了寻找用于 AR/VR 和其他事物的明亮发光显示器，苹果、谷歌和 Meta 等科技巨头花了数年时间想出将已经构建的微米级 LED 转移到硅和其他表面上的精确点的方法。现在“每天都有数百万人这样做，”Pezeshki 说。Avicena 本身最近从其硅谷邻居 Nanosys 手中购买了开发 CROME 的 晶圆厂。

第二个组件是光电探测器。硅不擅长吸收红外光，因此硅光子系统的设计者通常通过使光电探测器和其他组件相对较大来进行补偿。但是由于硅很容易吸收蓝光，因此 Avicena 系统的光电探测器只需要十分之几微米深，就可以很容易地将它们集成到成像光纤阵列下的chiplet中。Pezeshki 认为斯坦福大学的David AB Miller在十多年前证明了蓝光检测 CMOS 光电探测器的速度足以完成这项工作。

Pezeshki 说，成像光纤、蓝色 microLED 和硅光电探测器的组合导致原型系统每秒传输“许多”太比特。与数据速率同样重要的是移动一点所需的低能量。Pezeshki 说：“如果你看看硅光子学的目标值，它们是每比特几皮焦耳，而且这些来自在商业化方面遥遥领先于我们的公司”。“我们已经打破了这些记录。” 在一个演示中，系统以每比特大约半皮焦耳的速度移动数据。这家初创公司的首款产品预计在 2023 年推出，但不会一直连接到处理器，而是旨在连接数据中心机架内的服务器。Pezeshki 说，用于芯片到芯片光链路的chiplet将“紧随其后”。

但是 microLED 移动数据的能力是有限的。由于 LED 光不相干，它会受到色散效应的影响，将其限制在 10 米左右。相比之下，激光天生擅长远距离。Ayar 的 TeraPHY chiplet的覆盖范围可达 2 公里，可能比 Avicena 的技术更能扰乱超级计算机和数据中心的架构。他们可以让计算机制造商完全重新考虑他们的架构，允许他们构建“本质上是一个计算机芯片，但在机架规模上构建它，” Ayar 首席执行官查理维施帕德说。他说，该公司正在与其合作伙伴 GlobalFoundries 一起提高产量，并在 2023 年与合作伙伴一起构建原型，尽管这些不太可能公开。

科兹洛夫表示，预计会出现更多的竞争对手。计算机制造商需要的解决方案“不仅能在未来两到三年内提供帮助，而且能在未来几十年内提供可靠的改进。” 毕竟，他们正在寻求替代的铜连接也在不断改进。

★ 点击文末【阅读原文】，可查看本文原文链接！

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第3249内容，欢迎关注。