Мировой гигант по производству чипов TSMC (TSM.US) делает ставку на кремниевые фотонные чипы, новое поколение передовых технологий в производстве чипов, чтобы стимулировать рост производительности и стремиться сделать генеративные приложения искусственного интеллекта, такие как ChatGPT, более мощными. Кремниевая фотоника — это новая технологическая область, сочетающая кремниевые чипы с оптическими технологиями.
TSMC — крупнейший в мире контрактный завод по производству микросхем, который в настоящее время способен производить самые передовые на рынке чипы искусственного интеллекта (ИИ), включая чипы Nvidia A100/H100. Исполнительный директор TSMC Дуглас Ю заявил, что в настоящее время компания стремится к дальнейшему повышению производительности чипов искусственного интеллекта.
«Если мы сможем создать хорошую интегрированную систему кремниевой фотоники… мы сможем решить ключевые проблемы энергоэффективности и вычислительной мощности (производительности) искусственного интеллекта», — заявил Дуглас Ю на форуме перед открытием Тайваньской выставки полупроводниковой промышленности в Китае 5 сентября. «Это будет новый сдвиг парадигмы. Возможно, мы находимся в начале новой эры».
Ю сказал, что движущей силой создания более качественной и более интегрированной системы кремниевой фотоники является огромная вычислительная мощность, необходимая для запуска больших языковых моделей (LLM) — технологии, которая лежит в основе чат-ботов с искусственным интеллектом (таких как ChatGPT и Google Bard) и других вычислительных приложений с искусственным интеллектом.
По сообщениям СМИ, TSMC сформировала группу исследований и разработок из примерно 200 человек, чтобы в следующем году заняться будущими бизнес-возможностями в области кремниевых фотонных сверхвысокоскоростных чипов. Компания не только активно продвигает технологию кремниевых фотонных чипов, но также сотрудничает с крупными клиентами, такими как Broadcom и Nvidia, для совместной разработки сценариев применения, основанных на этой технологии. По сообщениям СМИ, это сотрудничество направлено на производство кремниевых фотонных чипов следующего поколения. Соответствующие процессы могут охватывать от 45 до 7 нм, и ожидается, что терминалы начнут применяться уже во второй половине 2024 года.
Достижение закона Мура до предела во многом привело к замедлению повышения производительности традиционных электронных чипов. Кремниевые фотонные чипы представляют собой решение для повышения производительности на основе световой технологии, которое ускоряет повышение производительности чипов, несмотря на ограничения нанометровой технологии.
Поскольку инновации и разработки в области глобальных чипов вступают в «эру пост-Мура», процессоры, которые были основной силой в содействии развитию человеческого общества, больше не могут достигать быстрых прорывов на уровне «широких нм» менее чем за 5 лет, таких как 22–10 нм. Последующие прорывы на уровне нм сталкиваются со многими препятствиями, такими как чрезвычайно высокие производственные затраты и технические трудности квантового туннелирования.
Однако с приходом эпохи искусственного интеллекта это означает, что спрос на глобальные вычислительные мощности переживает взрывной рост, а спрос на чрезвычайно высокопроизводительные чипы будет только расти. Это также сделало кремниевые фотонные чипы, которые сочетают в себе оптические технологии и кремниевые интегральные схемы, все более важными в области производства чипов.
Технология кремниевой фотоники — это технология, которая объединяет оптические компоненты, такие как лазерные устройства, с кремниевыми интегральными схемами для достижения высокоскоростной передачи данных, больших расстояний передачи и низкого энергопотребления за счет света, а не электрических сигналов. Кроме того, он обеспечивает меньшую задержку.
Кремниевая фотоника стала областью интенсивных инвестиций в индустрию производства микросхем, и многие технологические компании рассматривают ее потенциальное применение — от центров обработки данных, суперкомпьютеров и сетевого оборудования до автономных беспилотных автомобилей и оборонных радиолокационных систем. Технология кремниевой фотоники в настоящее время используется в таких областях, как оптическая связь и оптическое зондирование, с упором на передачу, обработку и управление оптическими сигналами; типичные приложения включают соединение центров обработки данных, высокопроизводительные вычисления, оптоволоконную связь и т. д.
Таким образом, кремниевые фотонные чипы имеют значительный потенциал в сценариях приложений с высокой пропускной способностью и низким энергопотреблением, таких как высокоскоростная передача данных и межсетевые соединения центров обработки данных. По мере роста уровня проникновения услуг облачных вычислений на основе технологии искусственного интеллекта и генеративных приложений искусственного интеллекта ChatGPT спрос на вычислительные мощности резко возрастает, и кремниевые фотонные чипы могут играть важную роль в этих областях.
Такие технологические гиганты, как Intel, Cisco и IBM, уже давно разрабатывают собственные решения в области кремниевой фотоники и системы кремниевой фотоники.
Nvidia, в настоящее время самая дорогая компания по производству чипов в мире, в настоящее время обладает крупнейшим рынком чипов, которые используются в ускорителях серверов центров обработки данных для разработки и запуска больших языковых моделей. Ранее американская компания приобрела поставщика технологий оптоволоконных соединений Mellanox.
Прогнозные данные Международной ассоциации полупроводниковой промышленности (SEMI) показывают, что к 2030 году мировой рынок полупроводников кремниевой фотоники, как ожидается, достигнет 7,86 млрд долларов США, при этом совокупный годовой темп роста, как ожидается, достигнет 25,7%, что является значительным увеличением с 1,26 млрд долларов США в 2022 году.
Прогнозные данные Mordor Intelligence, известного исследовательского учреждения, относительно консервативны. Ожидается, что в 2023 году объем рынка кремниевой фотоники составит 1,49 миллиарда долларов США. Агентство прогнозирует, что к 2028 году он достигнет 4,54 миллиарда долларов США, при этом совокупный годовой темп роста составит 24,98% в течение прогнозируемого периода (2023-2028 годы).
В агентстве отметили, что кремниевая фотоника является развивающейся отраслью фотоники, имеющей явные преимущества перед электрическими проводниками в полупроводниковых изделиях, используемых в системах высокоскоростной передачи. Технология обещает увеличить скорость передачи данных до 100 Гбит/с, и такие технологические компании, как IBM, Intel и Kothura, использовали эту технологию для достижения прорыва. Кроме того, эта технология произвела революцию в полупроводниковой промышленности, обещая сверхвысокую скорость передачи и обработки данных.
Исполнительный директор TSMC Дуглас Ю сказал, что гигант по производству чипов изучает технологию производства чипов, которая использует разработанную им передовую технологию укладки и упаковки чипов для создания интегрированных систем кремниевой фотоники. Усовершенствованная упаковка чипов стала важной областью, представляющей большой интерес для нескольких крупнейших мировых производителей чипов — Intel, Samsung и TSMC, поскольку передовые технологии упаковки чипов, такие как 2.5D/3D, помогают им создавать более мощные чипы.
Но Юй также сказал, что такая интегрированная система, которая объединяет и соединяет кремниевую фотонику и различные типы чипов, а также использует собственную передовую технологию упаковки и укладки чипов, все еще находится в разработке и пробном производстве и еще не запущена в крупномасштабное массовое производство.
Тьен Ву, генеральный директор ASE Semiconductor (ASX.US), одного из крупнейших в мире поставщиков услуг по упаковке и тестированию микросхем, придерживается аналогичной точки зрения. Он сказал, что новый метод упаковки и интеграции технологии кремниевой фотоники сыграет жизненно важную роль в решении одного из ключевых узких мест вычислительной системы следующего поколения.
Современные передовые технологии упаковки кремниевой фотоники включают в себя следующее: корпус с вертикальной интеграцией, совмещенную оптику (CPO), корпус с креплением волокна, корпус на основе волновода и корпус на стеклянной подложке.
Среди них технология CPO — это область упаковочных технологий, на которой сосредоточены мировые производители чипов. Это высокоинтегрированный метод совместной упаковки оптических и электронных компонентов в одном корпусе. Это помогает сократить расстояние между оптикой и электроникой, повышая энергоэффективность и производительность соединений центров обработки данных. Отраслевые аналитики заявили, что, поскольку такие гиганты микросхем, как TSMC, Intel, NVIDIA и Broadcom, успешно разработали кремниевые фотонные чипы и важнейшую технологию совместной оптики (CPO), ожидается, что рынок CPO переживает взрывной рост уже в 2024 году.
Недавно опубликованный исследовательский отчет Sphericalinsights, известного исследовательского института, показывает, что мировой рынок совместно упакованной оптики, как ожидается, будет расти со среднегодовыми темпами роста 68,9% в период с 2022 по 2032 год. Ожидается, что к 2032 году мировой рынок совместной оптики достигнет 2,84 миллиарда долларов США. По оценкам агентства, в 2022 году рынок составит всего 15 миллионов долларов США.
Sphericalinsights отметила, что платформы кремниевых чипов широко рассматриваются в отрасли как наиболее многообещающая платформа для крупномасштабной интеграции кремниевой фотоники, а совместно упакованная оптика считается идеальной для потенциальных межсоединений центров обработки данных. Совмещенная оптика (CPO) или внутрикорпусная оптика (IPO) представляют собой сложные гибридные комбинации оптических устройств и устройств на основе кремния на одной упаковочной платформе, направленные на решение проблем пропускной способности и энергопотребления нового поколения.
доступ:
Торговый центр Цзиндонг