鑽石舞台

今年8月，英偉達首席科學家 Bill Dally在 OFC 2022 上的演講描述了未來的 GPU 加速系統與硅光子互連的構想。近日業內消息人士稱，台積電參與了一個由英偉達領導的研發項目，該項目將被稱為 COUPE（緊湊型通用光子引擎）的硅光子 (SiPh) 集成技術用於GPU，以組合多個 AI GPU，這或將給GPU以及數據中心帶來新的變化。

SiPh 芯片和 CMOS 工藝經過共同封裝光學 (CPO) 技術集成，可以將多個高級GPU與芯片上晶圓上基板 (CoWoS) 2.5D IC 封裝相連接。再加上光數據傳輸的低延遲優勢，通過台積電COUPE等先進封裝技術，信號損失顯著降低，甚至允許多個AI GPU組合形成超大型GPU集合。據報道，英偉達和台積電的研發項目將需要數年時間，並且必須等到 SiPh 生態系統成熟。

英特爾此前制定了自己的 SiPh 計劃，專注於集成包含化合物半導體組件的激光模塊，中國台灣外延片製造商 LandMark Optoelectronics 很早就開始着手這項工作。據了解，台積電與潛在客戶協商的先進封裝模式COUPE將只保留光通道；激光收發器部分將放置在外部。這種架構將具有高良率，並且將避免使用英特爾 SiPh 專利。此外，隨着台積電在高性能計算中使用 CoWoS 封裝的長期成功，HPC和先進的網絡交換芯片可以使用「COUPE+CoWoS」異構集成方法。

通過 COUPE 組合多個頂級 AI GPU 形成超大型 GPU 芯片組，從操作的角度來看，將被視為單個 GPU。這樣一來，它就不需要遵循英特爾高難度的集成方法，即集成激光光源，而是需要更多地考慮化合物半導體的激光芯片。消息人士補充說，台積電先進的封裝技術為客戶提供了更大的靈活性。

台積電的先進封裝客戶不僅包括英偉達，還包括一直熱衷於獲得SiPh專利的AMD/Xilinx，以及博通、思科和Marvell Technology。此前有報道稱，台積電在 2007 年試圖趕上英特爾的 SiPh 計劃時，曾討論過與 Luxtera（現為思科的子公司）的合作關係。然而，當時芯片製造商認為 CoWoS 的成本太高，而是打算尋求與 OSAT 的合作夥伴關係。

從包括日月光及其子公司矽品精密工業股份有限公司（SPIL）在內的領先OSAT的先進封裝技術平台來看，CPO已成為先進封裝的代表之一。從供應鏈上游來看，EDA供應商Synopsys推出OptoCompile平台，可以用於電子和光子集成電路設計、布局、仿真和驗證。Yole 的數據預測，用於數據中心聯合封裝光學 (CPO) 的硅光子市場將從 2021 年的幾乎為零增長到 2027 年的約 720 萬美元。

2022年硅光子模塊產業價值9.3439億美元

市場研究機構 Yole 估計，SiPh 組件市場將從 2018 年的 4.55 億美元增長到 2024 年的 40 億美元，複合年增長率為 44.5%。其他研究機構預測，在數據中心、人工智能芯片和超級計算機的持續計算、性能和傳輸速度升級的推動下，複合年增長率將超過 50%。

Yole 預計硅光子在光收發器市場的份額（目前估計超過 20%）到 2027 年可能會擴大到 30% 左右。據Yole預測，提高集成度的主要驅動力應該是數據中心向 400G 和 800G 可插拔的演進；在數據通信應用中更多地使用相關技術；以及對符合 400ZR 標準的技術的需求。根據 Yole 的估計，所有這些都可能將數據中心收發器的市場從 2021 年的 1.48 億美元提升到 2027 年的 4.68 億美元。Yole還看到了「分散」數據中心的趨勢，這些數據中心建立在部分由硅光子支持的光學互連之上。這樣的架構可以證明是為高性能計算和數據通信提供更多功率和效率的關鍵。

Yole 指出的另一個新應用領域是用於消費者健康設備的硅光子學，該公司預計到 2027 年，該市場的複合年增長率將達到 30%，達到 2.4 億美元。在這方面，報告特別提到了可能的出貨量Rockley Photonics 將在未來一年左右推出其 VitalSpex 生物傳感部門，這可能預示着「來自蘋果或華為等大品牌」的可穿戴技術中基於硅光子的傳感器的出現。Yole 預計用於人工智能和其他高端計算應用的光子處理器的複合年增長率將達到 142%，達到 2.44 億美元。

Yole 觀察到，所有這些應用的增長正在影響硅光這個本身處於不斷變化狀態的行業。該公司表示，巨大的新應用潛力在過去幾年中催生了大量初創公司。但是，與此同時，隨着大公司努力擴大規模，該行業繼續出現收購活動和整合。

總體而言，未來硅光模塊市場格局波動較大，新進入者機會明顯。整個硅光模塊產業發展空間廣闊。隨着5G進入大規模建設階段，傳輸網絡擴容和建設的投資將不斷增加，為高速硅光模塊打開市場。