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硅基光电子技术:AMD和英特尔的数据中心竞争的最新前沿

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根据Mercury Research的数据,AMD已经连续三年在服务器市场上取得了季度份额的增长。它在2022年第二季度取得了自2017年以来最大的季度收益,占领了全球服务器CPU市场的13.9%,而2022年第一季度为11.6%,2021年第二季度为9.5%。 

虽然英特尔认为其在服务器市场的主导地位不断受到挑战,但AMD似乎正在进一步向英特尔的后院推进。正如2022年6月30日公布的一项专利所揭示的那样,AMD正在向光子集成电路领域进军,这是英特尔目前领先的一个领域,在数据中心应用市场有巨大的潜力。 

据Tom's Hardware报道,AMD的专利描述了一种结构,将典型的SoC与硅基光电子芯片放在一起,并将两者放在同一个有机的再分配层之上。重要的是,AMD的专利表明,这些组件可以在它们自己的晶圆基板上制造,然后再封装在一起。虽然商业化还早,但它预示了AMD的雄心。 

2022年6月,AMD/Xlinx还与Ranovus合作,展示了集成AMD的可编程SoC (Versal ACAP),与Xlinx的共封装光学(CPO)架构(Odin Analog Drive CPO 2.0)的模块。 

硅基光电子学本质上是硅集成电路和半导体激光器的整合,在10年前仍是一项新兴技术。然而,随着人工智能和大数据对数据传输率的要求不断提高,迄今为止支撑计算机行业的基于铜电线I/O已经达到了极限,产生了效率和功耗问题。 

领先的硅基光电子学研究机构Eindhoven Hendrik Casimir研究所的科学主任Martijn Heck告诉荷兰科技媒体Bits&Chips:“通过铜电线传输所有的数据越来越困难,带宽瓶颈正在逼近","芯片的一半功耗已经花在了数据传输上,而这不是通过扩大晶体管的规模就能解决的”。在这种情况下,基于硅基光电子学技术的I/O以其更高的带宽和其他优势成为一个不可避免的替代方案,而收发器是主要的市场。Yole还表示,在2020年,英特尔在数据中心使用的硅光子收发器市场中,占据了60%的市场份额。 

英特尔对硅基光电子技术的研究早在2004年就开始了,当时其科学家创造了一种类似于晶体管的新型结构,可以将数据编码到光束上。时任英特尔公司首席技术官的帕特-盖尔辛格称这是 "朝着建造能以光速在计算机内移动数据的光学器件迈出的重要一步",并认为这是一项突破,随着时间的推移将在整个行业内产生影响。"今天,光学是一项小众技术。明天,它将成为我们制造的每个芯片的主流技术",帕特-盖尔辛格当时说。 

2011年,英特尔宣布了通过复用四个混合硅激光器创建的50Gbps硅光子链接,2016年该公司发布了100G PSM4光收发器。据英特尔称,100G产品线的总收入已经超过了10亿美元。 

2021年12月,英特尔实验室启动了英特尔数据中心互连集成硅基光电子研究中心,今年6月,它展示了一个完全集成在300毫米硅片上的八波长分布式反馈(DFB)激光阵列。英特尔实验室的高级首席工程师荣海胜说,“ 新的研究表明有可能以密集均匀分布的波长实现良好匹配的输出功率”。"最重要的是,这可以利用英特尔晶圆厂现有的制造和工艺控制来完成",荣海生说。 

据英特尔称,最新的研究正在由该公司的硅基光电子产品部实施。目前,英特尔已经发布了8种可插拔的光收发器,范围从100G到400G,但该公司的雄心远不止于收发器。 

英特尔新业务和营销高级总监Robert Blume告诉VentureBeat,光学器件需要与以太网交换机共封装,并最终与CPU或XPU集成在一起。的确,从工业趋势来看,光学连接正越来越广泛,从连接城市到连接服务器。最终它可能会取代芯片间甚至是芯片内的连接。 

2020年3月,英特尔向这个方向迈出了第一步,因为它成功地采用共封装光学,把16Tbps的硅光子学引擎与12.8Tbps的以太网交换机封装在一起。正如VentureBeat报道的那样,该技术将在2023年实现商业化。



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