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英特尔借助Chiplet策略实现4Tbps芯片间的高速光互联

陈昇祐，Whoscored中文官网

摘要

本文讨论了英特尔最近通过集成先进FPGA和光学chiplet芯片，运用该公司”Chiplet”策略实现4Tbps芯片间通信的演示。这项技术具备消除I/O瓶颈并能使依赖大带宽的新系统应用（如数据中心、人工智能和科学计算）成为可能的潜力。

导言

随着各行业的数据传输速率不断提高，芯片之间的电连接由于带宽和功耗限制正成为瓶颈。为突破这些限制，英特尔最近与Ayar Labs合作，通过芯片拼插的光子集成演示实现了4Tbps芯片间的光互联，展示了芯片拼插的潜力。此项成就建立在英特尔通过芯片级拼插快速将最新技术集成到FPGA中的“芯片拼插”策略基础之上。

英特尔的芯片Chiplet策略

英特尔一直处于chiplet解决方案开发的前沿，这种方法通过封装集成不同技术，避免在单片晶圆上制造全部内容。英特尔首先在DARPA CHIPS计划下利用chiplet技术，通过与数据转换器芯片共封装，打造了英特尔FPGA射频系列产品组合。

在DARPA PIPES计划中，英特尔在此基础上，通过与Ayar Labs的光学TeraPHY chiplet芯片和自身的F-tile拼插芯片共封装FPGA。这个多芯片封装模块构成4Tbps芯片间光互联演示的基础。

同封装光学多芯片模块

同封装光学多芯片模块包含三个关键组件：

英特尔10纳米FPGA芯片：提供可编程逻辑和互联功能
Ayar Labs光学TeraPHY I/O chiplet芯片：实现高带宽光互联
英特尔F-tile chiplet芯片：增加高性能计算能力

图1. 英特尔® 10纳米FPGA与Ayar Labs TeraPHYTM光学I/O拼插芯片

该多芯片模块与Ayar Labs的SuperNova激光器集成在PCIe板上，实现多Tbps的光链路。

4Tbps光互联演示

利用同封装光学多芯片模块，英特尔和Ayar Labs成功演示了4Tbps芯片间通信，比特误码率低于1x10-12。这是通过在集成光子chiplet芯片的两块基于FPGA的板卡之间传输数据实现的。该演示标志着利用集成光学突破电子I/O的限制取得的重要进展。打破这些局限为数据中心、人工智能、网络、科研等系统实现更高带宽提升了可能性。

图2. 在PCIe卡上集成的多芯片模块，与Ayar Labs SuperNovaTM 激光器实现4Tbps通信，比特误码率低于1e-12。

行业影响

这项技术具有消除大量数据传输的许多高级系统中的I/O瓶颈的潜力。例如：

新一代数据中心和云基础设施
高性能计算和人工智能超级计算机
低延迟通信网络和交换机
数据分析、机器学习和科学工作负载

相比电子信号，同封装光学实现了100倍的芯片间带宽，可以实现优化的系统架构。这项技术将帮助各行业的数据生成和处理持续增长。

未来路线图

4Tbps演示只是一个光学I/O集成的早期验证。英特尔和Ayar Labs将继续优化技术和提升能力。未来路线图概述了实现超过100Tbps更高带宽、更高密度集成和效率以及更低成本的计划。

随着技术成熟，英特尔计划使同封装光学作为其FPGA、CPU、GPU和加速器产品组合的一部分。这将允许系统设计者将高性能光互联集成到其解决方案中。同封装光学的广泛采用有望改变当前受电子芯片间接口限制的许多应用。

结论

英特尔通过其chiplet策略在高带宽光互联方面通过4Tbps FPGA间通信演示取得重大进展。这一成就预示着芯片chiplet光子集成的未来，可以突破电子芯片间接口的现有局限。随着这项技术的扩展和商业化，其在数据中心和高性能计算等应用中的影响将极为可观。英特尔的chiplet方法可以快速集成像光学这样的先进功能，为系统性能和功能的革命性飞跃铺平道路。