在HC34 Expand上的Lightmatter Passage
在Hot Chips 34，Lightmatter公司正在制造一朵水花。其新产品Lightmatter Passage是一种晶圆级的光子互连，将小芯片处理器与硅光子学和共封装光学器件互联起来，让我们看到一个巨大的世界。这是一个非常酷的演示。它来自我们几年前讨论过的Lightmatter公司。两年前我们在HC32上讨论过Lightmatter公司的火星SoC：一个使用光学的人工智能接口。
为了更清楚地了解Lightmatter Passage展示的是什么，我们可以把它想象成一个基础层。在该基础层中，有激光器来产生光，有光路和交换/路由能力来移动数据和提供连接。在顶部，有放置小芯片的地方，这些小芯片可以是计算、内存或其他加速器/器件。放置的小芯片可以通过Passage基础层与其他芯片互连。该Passage产品具有外部光链路接口，用于构建更大的系统。换句话说，想象一下我们现在的HGX A100不采用电/ PCB解决方案，而是使用光学解决方案，并且NV开关内置于光学路径中。
英伟达特斯拉 A100 在 HGX A100 板上
这有点抽象，这不是一个完美的比较，但Lightmatter的人试图从光网络的角度来解释，而不是只看今天正在使用的技术。这可能是我能想到的最接近的快速展示给你的方式了。
Lightmatter Passage晶圆级别的光子互连
Lightmatter是一家拥有105名员工的公司，总部位于加利福尼亚州的山景城 (去年搬到奥斯汀之前是这里)。
Lightmatter公司简介
今天的硅光子学一般是在300毫米CMOS上制造的，有不同的层。
Lightmatter 300mm毫米CMOS 代工厂
纳米光子波导的每个波导的互连密度与光纤相比约为40倍。但简单地将光路安装到符合数据中心芯片密度和尺寸要求的封装中是一项挑战。
Lightmatter光纤与纳米光子波导
下面是一个光子电路。这个我们就不深究了，如果你想了解更多，你总可以搜索到。
Lightmatter硅光子学外观
下面是光学向芯片靠拢的几代产品。我们之前已经考虑过共封装光学器件，但是超越可插拔性将是重要的。最终，我们的目标是将光学器件与集成激光器封装在一起。
Lightmatter光学，向芯片接近
下面是光纤连接头制造过程的照片。Lightmatter表示，这种方法不适用于小芯片架构。
Lightmatter光纤连接的挑战
我们在3.6厘米能够获得的最大密度大约是200根纤维。这对小芯片时代来说是一个挑战，它是光纤尺寸的函数。
Lightmatter光纤鬓发密度 (Fiber Beachfront Density)
该行业目前面临的一大挑战是，电连接的小芯片增加了更多的功耗和带宽/延迟。
Lightmatter小芯片和共封装光学器件
下图在左边有十个芯片，每个都有全对全的连接。人们可以使用纤维织机(a fiber loom)，但它是不可维修的，或者至少是不容易维修的。
系统级的 Lightmatter光纤
这个是Lightmatter Passage，它试图改变这种模式。
HC34上的 Lightmatter Passage
Passage上安装有八个ASIC芯片。每个ASIC芯片都通向Passage硅光子晶圆。Passage有自己的光纤阵列。
HC34 Expand 上的 Lightmatter Passage
Passage现在是2×4或6×8个链接点（tile），但它的多少是可配置的。每个Passage的链接点可以直接连接所有的ASIC芯片。
HC34 Lightmatter Passage 更深入的细节
Passage的集成采用TSV为Passage顶部的阵列芯片提供电源和信号。硅光子学和光学贯穿整个封装。典型情况下，整个封装是液体冷却的。
HC34截面上的 Lightmatter Passage
Passage集成了激光器和晶体管，以及波导和金属，用以实现系统中不同ASIC芯片之间的互连。
HC34上的 Lightmatter Passage，是什么使得用激光缝合波导和金属成为可能？
Lightmatter利用光路切换来引导光和不同的波长。也就是说可以用光来做路由。
HC34上的 Lightmatter Passage，是什么使得光电路交换成为可能？
下面就是光交换的例子。该视频发布于2017年，发稿以来已有72次观看。有了这种交换和路由的能力，Lightmatter可以使用波长和改变互连。
HC34上的 Lightmatter Passage，全动态互连拓扑光路交换
Lightmatter可以在1毫秒内重新配置整个互连。下面这个例子是全到全（all-to-all）到1D环形拓扑。
HC34上的Lightmatter Passage，动态互连拓扑光路交换1D环
这是一个6×8网格的300毫米晶圆。中间显示了Passage上的芯片底座。
HC34上的 Lightmatter Passage，第一轮流片成功
Lightmatter表示，它的小芯片互连可以达到32Gbps的高速UCIe规格。该公司认为，采用直接串行解串器（Direct SerDes），它可以达到112G的速度。
Lightmatter Passage阿尔法链接的性能
下面是该公司电路开关的一张幻灯片。
Lightmatter电路开关
这是一个非常有趣的案例。在Passage上构建芯片，允许云提供商动态提供更多内存或计算资源。当需要快速重新配置的时候，除了在芯片、CPU、GPU、加速器或另一个封装上可使用的资源外，还可以使用光纤开关供应“悬空”的芯片或内存。这太酷了！
Lightmatter HC34技术
结束语
共封装光学和硅光子学离集成在芯片上成为主流还有几年的时间。优势很简单。有了光通信，可以以更低的成本和更低的功耗桥接更长的距离。有了Lightmatter的交换技术，它不仅可以简化布线，还允许芯片跨越比纯电气方法更大的拓扑结构。我们在“Raja的芯片笔记：展示英特尔通往Zettascale的道路”一文中，讨论过英特尔 “光折弯机”。想象一下，我们今天早些时候展示的GPU上的所有HBM小芯片，都可以放在片外以获得更大的容量。Lightmatter Passage在更大的芯片尺度上做到了这一点。
共同封装光学器件正在走向网络化。博通的新Tomahawk5把它作为一个选项，我们在“2020年的英特尔实验室”一文中看到过它。
总的来说，这可能是我在HC34技术论坛上看到的最喜欢的演示。这是真正的可能具有颠覆性的创新技术。
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