AMD芯片公司的高級管理人員表示，未來的 AMD 處理器可能會配備特定領域的加速器，甚至有些加速器是由第三方創建的。

高級副總裁 Sam Naffziger 在周三發布的一段視頻中與 AMD 首席技術官 Mark Papermaster 交談，強調了小芯片標準化的重要性。

“特定領域的加速器，這是獲得每瓦每美元最佳性能的最佳方式。因此，這對于進步絕對是必要的。您無法承擔為每個領域制作特定產品的費用，所以我們可以做什么擁有一個小芯片生態系統——本質上是一個庫，”Naffziger 解釋道。

他指的是Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe)——一種用于 Chiplet 通信的開放標準，自2022 年初創建以來，贏得了 AMD、Arm、英特爾和 Nvidia 等主要行業參與者以及許多其他較小品牌的廣泛支持也。

自 2017 年推出第一代 Ryzen 和 Epyc 處理器以來，AMD 一直處于小芯片架構的前沿。從那時起，House of Zen 的小芯片庫已經發展到包括多個計算、I/O 和圖形芯片，將其組合并封裝在其消費者和數據中心處理器中。

這種方法的一個例子可以在 AMD 的 Instinct MI300A APU 中找到，該 APU于 2023 年 12 月推出，封裝了 13 個單獨的小芯片（四個 I/O 芯片、六個 GPU 芯片和三個 CPU 芯片）以及八個 HBM3 內存堆棧。

Naffziger 表示，未來，像 UCIe 這樣的標準可能會讓第三方構建的小芯片進入 AMD 封裝中。他提到硅光子互連——一種可以緩解帶寬瓶頸的技術——有潛力將第三方小芯片引入 AMD 產品。

Naffziger 認為，如果沒有低功耗芯片間互連，該技術就不可行。

他解釋說：“你之所以選擇光學連接，是因為你想要巨大的帶寬。因此，你需要每比特能量較低才能實現這一目標，而封裝內的小芯片是獲得最低能量接口的方法。”他補充說，他認為向共同封裝光學器件的轉變“即將到來”。

為此，幾家硅光子初創公司已經在推出能夠實現這一目標的產品。例如，Ayar Labs開發了一種兼容 UCIe 的光子芯片，該芯片已集成到英特爾去年構建的原型圖形分析加速器中。


共封光學將是下一風口

近來，隨著ChatGPT、Sora等AI大模型加速問世，對作為底層基礎設施的算力提出了更高的需求，作為算力關鍵基礎設施的光模塊，承擔著數據中心內設備互聯的角色，CPO則是光模塊未來的一種演進形式，被視為AI高算力下的高能效比方案。據上市公司世紀華通表示，伴隨AI算力高存儲、高計算、高傳輸的需求，光模塊需要使用CPO工藝以提升光電傳輸效率，為AI算力服務器提供強大的傳輸能力。

對于CPO的后市機會，機構整體持有樂觀觀點。咨詢機構LightCounting認為，CPO技術最大的應用場景是在HPC和AI簇領域的CPU、GPU以及TPU市場。到2026年，HPC和AI簇預計成為CPO光器件最大的市場。CPO出貨量預計將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規模上量。據其預測，全球CPO端口的銷售量將從2023年的5萬增長到2027年的450萬，4年時間將提升90倍。


高速率光模塊最有希望

數據中心使用的光模塊，存在平均約為3~4年的迭代周期。新易盛業務拓展總監張金雙在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“當前國外云計算數據中心使用的光模塊正處于從400G到800G過渡的階段，國內的換代速度慢一些，主要還在使用400G這一代光模塊。”

市場對光模塊傳輸速率的需求與數據中心中搭載的CPU/GPU等算力產品所需的帶寬有關。“如果是計算性能很高、帶寬需求比較大的GPU，那么要配合其發揮作用，就需要使用更高速率的光模塊。”張金雙表示。也正是因此，當前全球對高速光模塊需求走在最前列的就是海外云服務商，尤其是AI應用已經開始了800G光模塊的部署。

林韜表示，在國內，光模塊的傳輸速率過去多年都是由運營商電信網絡需求驅動。在2020年以后，更多的是由互聯網資訊商——尤其是數據中心的需求驅動。“數據中心網絡的迭代速度遠遠快于之前的運營商網絡建設速度，如果現有技術無法滿足需求，那么將帶動CPO等新興技術加快產品應用步伐。”

影響光模塊數據傳輸速率的因素有這樣幾個：其一是是數據通道的封裝數量，其二是單通道速率，其三是編碼方式。

除了光模塊傳輸速率，功耗是云數據中心用戶，尤其是AI應用的另一個重要的關注指標。降低功耗，也就成為光模塊企業需要重點思考的問題。“更高速率、更低功耗一直是產業努力的方向。“張金雙表示，”通過光模塊內部芯片和器件工藝升級、集成度提高，光模塊的速率持續提升、單位比特的功耗持續下降。”

因此，不論是提高光模塊傳輸速率，還是降低其傳輸功耗，封裝技術升級都占了非常重要的部分。在這樣的情況下，CPO成為產業技術方向的新寵。


2024年或是硅光芯片元年

自上世界80年代發明以來，硅光芯片由于制備難度大的缺點，場景一直相對比較局限。但硅光芯片最近的突破性進展包括引入了在硅上制造有源光學元件的創新方法，并在幾年內實現了量產，未來硅光技術進展有望加速。根據知名咨詢機構Yole對市場數據的統計和預測，2022年全球硅光市場規模達到6,800萬美元，受益于用于提升光纖網絡容量的數據中心收發器的推動，預期2028年全球硅光市場規模將達到6億美元，期間硅光芯片年復合增長率預估為44%。

硅光芯片中的光器件可以分為有源器件和無源器件。有源器件包括激光器、調制器和光電探測器；無源器件包括平面波導、光柵或邊緣耦合器等。基于這些器件，可以構成光發射/接收芯片，并開展陣列化的應用，最終通過光子集成技術（PIC）來實現硅光芯片。硅光產業可分為三個層次：硅光器件、硅光芯片和硅光模塊。硅光器件包括光源、調制器、探測器、波導等，是實現各種功能的基本單元；硅光芯片是指將光發送集成芯片、光接收集成芯片、光收發集成芯片、相同功能器件陣列化集成芯片（探測器陣列芯片、調制器陣列芯片等）等若干基本器件進行單片集成；硅光模塊是指進一步將光源、硅光器件/芯片、外部驅動電路等集成到一個模塊，包括光收發模塊、光接收模塊和光收發一體模塊等，是系統級的硅光產品形態。

業內認為，硅光芯片可以分為三個階段：第一階段為硅器件逐步取代分立元器件，即用硅把光通信底層器件做出來，達到工藝的標準化；第二階段為集成技術從耦合集成向單片集成演進，實現部分集成，再把這些器件像堆積木一樣組合起來，集成不同的芯片；第三階段為光電一體技術融合，實現光電全集成化。根據中科院半導體研究所的王啟明院士介紹，目前硅光芯片技術正發展到第二階段。硅光芯片要實現大規模應用，需要依托硅材料與不同種類光電材料的異質集成，以充分發揮各種材料的優異特性。

國家政策不斷鼓勵硅光芯片發展。2017年11月28日，工信部正式批復同意武漢建設國家信息光電子創新中心，該中心由光迅科技、烽火通信、亨通光電等多家企業和研發機構共同參與建設，匯聚了國內信息光電子領域超過60%的創新資源，承載著解決我國信息光電子制造業“關鍵和共性技術協同研發”及“實現首次商業化”的戰略任務，著力破解信息光電子“缺芯”的局面。工信部2017年底發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）》指出，目前高速率光芯片國產化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國產化率超過60%，高端光電子芯片國產化率突破20%。2023年11月，國家自然科學基金委員會提出，要資助CMOS兼容的硅光器件、接口及硅基三維集成工藝等。此外，2024年兩會上，中科院微電子所研究員王宇建議，將硅光芯片產業發展明確列為政府支持范圍，并鼓勵企業、資本、人才聚集硅光芯片產業鏈，推動相關細分領域產業化。

在政策帶動下，各地政府也紛紛入局。上海市明確提出發展光子芯片與器件，重點突破硅光子、光通訊器件、光子芯片等新一代光子器件的研發與應用，對光子器件模塊化技術、給予CMOS的硅光子工藝、芯片集成化技術、光電集成模塊封裝技術等方面的研究開展重點攻關。2018年10月，由重慶市政府重磅打造的國家級國際化新型研發機構聯合微電子中心有限責任公司在重慶注冊成立，首期投資超100億元。2023年9月，湖北省人民政府提出搭建國際領先的硅光芯片創新平臺，支持武漢新芯、國家信息光電子創新中心等單位建設國內首個12英寸商用硅光芯片創新平臺。

目前硅光行業由海外公司主導。2024年2月22日在國際固態電路大會（ISSCC 2024）上，臺積電正式公布了其用于高性能計算 （HPC）、人工智能芯片的全新封裝平臺。臺積電的新封裝技術通過硅光子技術，使用光纖替代傳統I/O電路傳輸數據。而另一大特點是，使用異質芯片堆棧在IC基板上，采用混合鍵合來最大化I/O，這也使得運算芯片和HBM高帶寬存儲器可以安裝在硅中介層上。這一封裝技術將采用集成穩壓器來處理供電的問題。

去年以來，臺積電已頻頻傳出布局硅光及CPO（光電共封裝）的動向。2023年末有消息稱，臺積電正與博通、英偉達等大客戶聯手開發硅光及CPO光學元件等新品，最快2024年下半年開始迎來大單，2025年有望邁入放量產出階段。業內分析稱，高速資料傳輸目前仍采用可插拔光學元件，隨著傳輸速度快速進展并進入800G時代、未來更將迎來1.6T至3.2T等更高傳輸速率，功率損耗及散熱管理問題將會是最大難題。而半導體業界推出的解決方案，便是將硅光子光學元件及交換器ASIC，通過CPO封裝技術整合為單一模組，此方案已開始獲得微軟、Meta等大廠認證并采用在新一代網路架構。2024年或將成為“硅光元年”。