光芯片，重磅進展

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英偉達支持的法國初創公司Scintil Photonics周三表示，已開始向客戶提供激光芯片進行測試。

Scintil是眾多致力于研究如何利用光脈沖而非電信號在人工智能服務器（例如Nvidia和AMD生產的服務器）內部傳輸信息的初創公司之一。這項技術有望簡化將多個芯片連接起來組成一臺大型計算機的難度。分析師預計，Nvidia將在下周于硅谷舉行的開發者大會上公布更多關于這項名為“共封裝光學”的技術計劃。

所有光學系統都依賴激光芯片來產生承載信息的光束，而這些芯片由一種名為磷化銦的特殊材料制成，主要用于長距離通信網絡，但目前的產量不足以滿足人工智能數據中心的需求。正是由于這種供應狀況，英偉達在本月初分別向兩家最大的激光芯片制造商 Lumentum 和 Coherent 各投資了 20 億美元。

Scintil 去年從英偉達獲得了 5800 萬美元的融資，該公司找到了一種方法，可以將磷化銦激光器與光通信所需的其他一些元件封裝到單個芯片中，并與以色列的 Tower Semiconductor 合作，后者是其制造合作伙伴。

Scintil公司首席執行官馬特·克勞利表示，該公司正在與“六七家公司”洽談，這些公司希望在2028年前使用其技術，但他以保密協議為由拒絕透露這些公司的名稱。他還表示，Scintil的目標是到那時能夠每月生產數十萬枚芯片。

克勞利在一次采訪中說：“我們的生產方式從根本上來說是不同的。我們可以大規模生產……而且我們可以滿足很大一部分市場需求?！?/p>

在官方新聞稿中，該公司表示，隨著人工智能系統從單機架擴展網絡系統擴展到包含數千個人工智能處理器的多機架配置，銅互連在速度、密度和傳輸距離方面已達到極限。未來的擴展網絡需要一種光架構，能夠在更低功耗下提供更高的帶寬密度，并最大限度地利用處理器。DWDM共封裝光器件正逐漸成為擴展網絡的必然架構，但其普及應用需要技術驗證和量產方案。LEAF Light的開發商Scintil Photonics今日發布了LEAF Light評估套件（EVK），LEAF Light是業界首款用于人工智能基礎設施的單芯片DWDM激光器，該套件使符合條件的客戶能夠在自身環境中驗證這項技術。

LEAF Light 的目標是比單波長 CPO 降低 50% 的功率。它通過更簡單、誤碼率更低的信號傳輸方式來降低尾延遲，無需復雜的 FEC。此外，它通過波復用而非更高的波特率、復雜的調制方案或額外的光纖來擴展光纖容量，從而在每個環節都保持了功率效率、低延遲和信號完整性。

LEAF Light是首款從實驗室驗證階段過渡到面向客戶的評估項目的單芯片DWDM激光器。EVK提供了一條從技術驗證到ELSFP模塊集成的標準化路徑。

EVK預計將于2026年第二季度上市，部分符合條件的客戶可提前體驗。Scintil公司完成的5800萬美元B輪融資（NVIDIA參投）反映出人工智能基礎設施領導者與基于DWDM的光架構之間日益緊密的合作。

據介紹，LEAF Light EVK 是一款評估系統，包含兩個 LOSA（激光光子組件），每個 LOSA 都包含一個帶有光纖接口的 LEAF Light 芯片，每個 EVK 共提供 8 根光纖。該平臺兼容 8 波長和 16 波長 LOSA，提供完整的評估環境，包括工作溫度控制、單激光器電流調節以及智能頻率間隔控制，以滿足嚴格的 200 GHz 或 100 GHz 網格要求。獨特的板載反饋回路可同時控制所有通道的波長精度和功率均勻性，無需人工干預即可找到并保持最佳工作點。

無論是在獨立模式下還是通過 USB 連接的用戶界面，客戶都可以評估以下高級智能功能：

WaveGuard：片上頻率監控和精確微調功能，可在溫度變化、老化和封裝應力等條件下，將DWDM通道間距維持在嚴格的公差范圍內。

每波長功率監測：主動控制確保所有波長的輸出功率均勻性，即使針對頻率精度調整各個激光器的電流也是如此。

運行遙測：實時監測輸出功率、溫度和其他系統參數，提供持續的參考基線，以便在系統的整個生命周期內檢測和糾正偏差，并實現高效的激光源群管理。

這些功能體現了 LEAF Light 作為智能激光光源的設計理念，其架構中內置了片上數字控制和監控功能。

EVK 的模塊化架構支持 LOSA 可升級性，使客戶能夠評估后續產品變體，并在網絡架構演進過程中為 ELSFP 模塊提供持續的驗證和集成路徑。

Scintil Photonics 首席執行官 Matt Crowley 表示：“人工智能系統的瓶頸已從計算轉移到網絡，而 DWDM CPO 只有像生產基礎設施一樣運行才能實現規?；EAF Light EVK 將這種驗證交到客戶手中：波長鎖定、功率控制、固件驅動控制、實時遙測，因此團隊可以在真實條件下驗證穩定性和延遲性能，并在大規模部署之前使用 ELSFP 模塊構建大型人工智能系統驗證?！?/p>

EVK 的評估能力背后，是一個從一開始就為大規模生產而設計的技術平臺。

“SHIP旨在解決DWDM技術發展中一直存在的精度難題：在半導體制造工藝上實現每個芯片波長精度的一致性，而這是傳統激光器組裝工藝無法比擬的。如今，這一精度已在200mm生產線上得到驗證，”Scintil Photonics首席技術官兼創始人Sylvie Menezo表示?！皩⑦@一基礎與片上監控和反饋相結合，便形成了一個技術平臺，客戶可以立即對其進行驗證，并通過ELSFP實現批量部署?！?/p>

他們進一步指出，SHIP技術已在Tower Semiconductor的硅光子器件生產線上得到驗證，目前已開始200mm規格的生產。此次代工廠合作將使Scintil與Tower的合作關系能夠實現大規模、超大規模的部署。

EVK 旨在驗證 ELSFP 模塊在產品成熟時將提供的功能：固件驅動的控制、運行可觀測性和系統就緒集成，所有這些都在批量承諾之前通過客戶評估周期進行驗證。

與此同時，備受關注的Ayar Labs和lightmatter也都公布了最新進展。

Ayar Labs 利用 Wiwynn 將 1024 個 GPU 集成到一個光子機架系統中

如果你認為英偉達或AMD的72GPU機架系統已經非常龐大，那么硅谷Ayar Labs正在研發的規模更大的產品將會更加驚人。

周三，這家硅光子學初創公司透露，它正在與 ODM 合作伙伴 Wywinn 合作開發一種新的機架級參考平臺，該平臺能夠將超過 1024 個 GPU 拼接成一個統一的系統。

更重要的是，對于數據中心運營商而言，用于連接這些 GPU 的光互連不需要為 600 多千瓦的機架供電和冷卻。

相反，參考設計預計每個機架的功耗在 100 到 200 千瓦之間，與目前的機架系統相當。為了達到 1024 個加速器的目標，這兩家公司只需增加機架數量即可，而使用 AMD 和 Nvidia 最新系統中使用的銅互連技術，目前還無法實現這一點。

“看看現在的機架，你不得不把所有東西都放在一個機架里。你不得不把GPU放在那里，你不得不把CPU放在那里。你不得不安裝交換機，因為銅纜無法滿足你的需求，”Ayar首席技術官Vladimir Stojanovic在接受El Reg獨家采訪時表示。

銅線是導致機架（例如英偉達的600 千瓦Vera Rubin Ultra 系統）溫度不斷升高的原因之一。在這些互連線路的高速傳輸下，銅線在不造成信號衰減的情況下只能傳輸幾英尺，而傳統的可插拔光模塊效率太低，無法實際應用。

Ayar 旨在通過將光器件與計算器件共同封裝來規避這個問題，與可插拔器件相比，大幅降低功耗，同時將傳輸距離和帶寬提高至多 3 倍。

去年秋季的超級計算大會上，我們得以一窺這些加速器的雛形。展出的原型機是與Alchip合作設計的，它配備了八個Ayar公司的TeraPHY光引擎，帶寬超過100Tbps。

但是，在部署這樣的芯片之前，你需要一個放置它的地方。

“我們希望把這里的每一個細節都敲定，因為歸根結底，超大規模數據中心運營商的采購單位可以說是一個機架，我甚至認為可能是一個集群，”斯托亞諾維奇說。

與普通的 19 英寸服務器機箱相比，機架式系統要復雜得多。例如，英偉達的液冷 NVL72 系統就包含數英里的線纜和數十個用于網絡、電源和散熱的盲插連接器。在將所有這些組件封裝在一個可靠且易于維護的機箱中就已經非常困難了，更何況還要考慮光子技術。

斯托亞諾維奇解釋說，光子技術的引入帶來了新的設計決策，例如液冷系統的管路布置?！袄渌魅霑r，首先冷卻什么？其次冷卻什么？”

“如果你查看最初的 ELSFP（激光模塊）規格，就會發現它原本就不是為液冷環境設計的。”

另一個需要考慮的因素是軟件管理和監控。共封裝光學器件普及的一大障礙是其爆炸半徑增大。使用可插拔收發器時，可以更換故障的光學器件，但如果光引擎損壞，則整個芯片都會損壞。

因此，軟件監控和遙測對于縮小潛在問題的范圍至關重要，以確定問題究竟是出在光學元件上，還是另有其他因素。為此，除了機械設計之外，Ayar 還與 Wiwynn 合作，利用其芯片上的嵌入式固件。

El Reg提前看到了參考設計圖，該設計圖似乎采用了兩個光互連加速器和一個單 CPU。系統前端配備了 16 個 Ayar 的用戶可維護 SuperNova 激光模塊，以及大量超大規模數據中心風格的前置網絡接口。

我們見過的英偉達和AMD的計算刀片相比，參考設計的密度大約只有它們的一半，但由于它使用了光互連，所以密度不必那么高。

Ayar 的方案并非使用 18 個刀片服務器通過超短銅纜連接，而是可以將數百個這樣的系統連接起來，形成一個龐大的邏輯服務器。更重要的是，由于不受銅纜互連的限制，這些機架無需集成所有交換、計算和存儲功能。

“這樣就可以采用解耦式架構，你可以將一個機架整體構建為計算機架，然后還可以構建另一個機架作為交換機機架，當然，你還可以構建一個擴展內存機架，”斯托亞諾維奇說道。

就在 Ayar 完成5 億美元 E 輪融資以加速其共封裝光學器件大規模生產僅僅一周后，以及這家初創公司與 Global Unichip Corp (GUC) 合作開發基于其光 I/O 芯片的參考設計近六個月后，該公司周三宣布了這一消息。

這家初創公司與 Wiwynn 的合作現在著手解決等式的另一邊：芯片準備就緒后應該放在哪里。

Lightmatter最新的光子學技術將使數據中心的光纖成本減半

光子學初創公司 Lightmatter 表示，其最新的光引擎可以將現代數據中心使用的光纖量減少一半，而且更重要的是，它不需要通過共封裝來實現這一點。

Lightmatter公司于周三OFC展會前夕發布了其Passage L20光模塊，該模塊專為高性能擴展型交換機和GPU等加速器而設計。與Nvidia或Broadcom在其部分最新交換機中將光模塊直接集成到交換機ASIC中的做法不同，L20針對近封裝集成進行了優化。

在這方面，光學引擎介于傳統的可插拔模塊和 Lightmatter聞名的更復雜的光子中介層和共封裝光學器件之間。

“許多超大規模數據中心運營商對2027年左右的近封裝光模塊（NPO）解決方案非常感興趣，”首席執行官尼克·哈里斯告訴El Reg。“有些人——我不知道他們的想法是否正確——擔心將光引擎集成到GPU或交換機中，他們希望在將其集成到內部之前，先看到它獨立存在且就在附近?！?/p>

這種擔憂源于這樣一個事實：共封裝光學器件需要將光子器件永久連接到邏輯電路上。僅僅一個芯片出現故障就可能導致整個GPU形同虛設。NPO通過將光子器件置于封裝之外來規避這個問題，但其距離仍然比可插拔收發器更近。

Lightmatter 表示，該芯片可以直接集成到交換機板上，或者作為模塊化夾層卡連接到距離交換機或計算芯片最多幾英寸的位置。

NPO 是通往 CPO 和光纖中介器的一條迂回路線，哈里斯認為它不會長久。

“我認為近封裝光學器件的發展路線圖不會太長，因為CPO（復合封裝光學器件）肯定會到來，我們預計它將在2028年實現大規模量產，”他說道?！斑@將是光引擎和收發器最后一次不屬于GPU研究的范疇?！?/p>

Lightmatter 此前發布的中介層和 CPO 光子技術肯定比 Passage L20 更強大，但無論 Harris 的預測是否成真，該公司都在積極布局，以利用市場對 NPO 產品的需求，而且該技術肯定比可插拔技術具有優勢。

一條 6.4 Tbps 的 L20 光纖通過銅纜連接到 ASIC，信號在 ASIC 中被分成多達 32 根光纖，每根光纖都能夠以 200 Gbps 的速率進行雙向傳輸。通常，可插拔模塊每個通道每個方向都需要一根光纖。而 L20 的每根光纖都是雙向的，可以同時承載上行和下行鏈路信號。

“我們認為雙向光纖技術極其重要，”哈里斯說?！翱纯碝eta公司最近與康寧公司達成的協議。他們花了60億美元，而原本只需要30億美元。雙向光纖技術可以將光纖數量減少一半?！?/p>

只需 16 個 L20 就足以取代 102.4 Tbps 交換機中的 512 個 200 Gbps 可插拔設備，同時還能大幅降低功耗。

可插拔模塊，尤其是高帶寬模塊，并非最節能的，每個模塊的功耗可能超過 10 瓦。相比之下，Lightmatter 表示，每個 L20 的額定功耗為 30 瓦。

Lightmatter 預計將于 2026 年底開始提供 Passage L20 芯片的樣品。

除了其 NPO 硅光子產品外，Lightmatter 還推出了一種名為 vClick 的表面附著光纖陣列，該陣列與臺積電的 CoWoS-S 或 CoWoS-L 等先進封裝技術兼容。

據哈里斯稱，共封裝光學器件面臨的挑戰之一是，先進封裝工藝（如模具或研磨）會遮蔽芯片的頂層。

他解釋說，雖然仍然可以使用邊緣連接器，例如 Lightmatter 的 eClick，它可以通過先進的封裝技術將光傳輸到芯片邊緣，但在封裝之前對其進行測試和驗證更具挑戰性。

他解釋說：“vClick 的真正優點在于它可以讓光從晶圓表面發出，這樣你就可以在將所有內容切割和封裝到基板之前，在晶圓級別測試組件?！?/p>

這就是為什么許多CPO設計采用標準封裝，其中光引擎通過基板上的銅線進行通信。雖然這種方式更簡單，但卻限制了帶寬潛力。

“先進的封裝技術可以實現更高的帶寬密度，因為線路不會進入 PCB 或有機材料中，而是留在硅內部，”哈里斯說。

至少對于 Lightmatter 而言，vClick 為改進測試和驗證流程鋪平了道路，旨在防止有缺陷的光子器件將 XPU 變成廢鐵。

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（來源：半導體行業觀察綜合）

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