硅光代工市场，格芯悄然崛起
最新更新时间：2022-03-10
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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自semianalysis，谢谢。
GlobalFoundries 已经发布了关于他们的硅光子 (SiPho) 解决方案以及与一些行业领导者合作的新闻稿，但这一声明值得更多关注和分析。过去，我们谈了很多关于硅光子学的内容。我们也写了大量关于 GlobalFoundries 作为代工厂在这方面的能力。特别是去年的这篇文章，我们称他们是领先的代工厂，因为他们的光子学工艺节点为 90WG 和 45CLO。此外，我们写道，SiPho 是英特尔进入代工业务的特洛伊木马。我们相信格罗方德的这些公告将其定位为全球领先的硅光子代工厂，领先于台积电或英特尔。
硅光子学是增长最快的领域之一，它将重塑半导体的设计方式。随着人类生成和处理更多数据，对数据输入和输出的需求也在飙升。传输的每比特数据的功率不会以与这些 IO 增加类似的速度下降。随着半导体在性能和 IO 方面的不断扩展，专用于数据 IO 的电源使处理器功耗的比例越来越大。该行业可以使用先进的封装来提高 IO 的效率和数量，但最终需要结合从基于电子的 IO 到基于光子的过渡。
至于GlobalFoundries Fotonix 平台。尽管 GlobalFoundries 没有明确说明，但我们认为这是他们的 90WG 和 45CLO 工艺节点以及封装选项的营销名称。在 Fotonix 平台上与 GlobalFoundries 合作的公司包括 Broadcom、Marvell、Cisco、Nvidia、Macom、Ayar Labs、Lightmatter、PsiQuantum、Ranovus、Xanadu、Ansys、Cadence 和 Synopsys。这些合作伙伴包括 4 家顶级光子收发器供应商中的 3 家、5 家顶级网络公司中的 4 家、4 家领先的 EDA 和仿真公司中的 3 家，以及一些最有前途的基于光子学的初创公司。英特尔是唯一一家失踪的涉及光子学的主要公司。他们正在使用自己的内部平台。
Broadcom 是全球销量最大的网络交换机和光子 IC 供应商。他们有一些关于共封光学的最有前途的研究。在 2024-2025 年的时间范围内，博通可能会成为出货量最大的联合封装光学器件公司。英特尔正在推进他们的 Tofino 交换机，但他们是从份额微乎其微的网络交换机市场开始，而博通则提供大部分高性能交换机。
思科通过收购 Lightwire 和 Luxtera，也成为了收发器、交换机和通用共同封装光学器件硅光子学领域的领导者。我们相信，在 2024 年至 2025 年期间，它们将拥有继博通和英特尔之后的第三大共同封装光开关量。目前思科使用台积电来满足他们的一些光子学需求，但这标志着一个很大的不同。
思科还与英特尔在制造方面建立了合作伙伴关系。看看这将是如何发生的，这将是非常有趣的。思科和 GlobalFoundries 的公告也涵盖了数据中心和远程网络。他们宣布的最有趣的方面是合作伙伴关系涉及定制流程开发工具包的开发。
格芯还宣布与行业领导者思科系统公司合作，为 DCN 和 DCI 应用定制硅光子解决方案，包括与我们的格芯制造服务团队密切合作的相互依赖的工艺设计套件 (PDK)。
Marvell 是 TIA 和 DSP 领域的领导者，通过 Inphi 的收购，他们补全了所有光收发器。他们还拥有大量其他网络 IP，包括 Innovium Switch 和 Cavium/Avera/Aquantia Infrastructure IP。由于他们丰富的网络 IP 和与超大规模计算机的半定制设计集成，他们可能会为微软等超大规模计算机开发共同封装的光学芯片。
“
Marvell 继续以最高性能的跨阻放大器和调制器驱动器引领行业，为云数据中心和运营商市场提供下一代光连接解决方案。格芯最新的硅锗 (SiGe) 技术使我们能够实现客户所需的高带宽速度和功率效率，以满足他们不断增长的数据需求。
”
Loi Nguyen 博士，Marvell 光缆和
铜缆连接事业部执行副总裁
由于收购了 Mellanox，Nvidia 也成为顶级网络供应商。此外，他们还收购了一些光子学公司，包括瑞典的 OptiGOT。Nvidia 网络还为 Infiniband 网络中使用的光子收发器进行了一些设计。Nvidia 也拥有用于交换机的完整 IP 阵列。由于他们作为 AI 训练和加速计算的领先公司，他们遇到了与计算应用程序相关的最难的 IO 功率扩展问题。
每一代 Nvida 的 GPU 都通过定制的 NVLink 互连将 IO 增加了一倍。Nvidia 可能只能再生产 1 代，然后才能显着影响其处理器的能效。由于新的人工智能模型在参数数量上的爆炸式增长，英伟达在性能和功率方面陷入了困境。Nvidia 需要共同封装的光学器件才能继续在 AI 中扩展。
Nvidia 之前曾提出过与共同装光子学相关的研究。我们一直担心他们将如何使用光子进行制造，因为大多数制造 IP 都由非代工公司持有。GlobalFoundries Fotonix 平台回答了这个问题。
“
我们正与 GlobalFoundries 密切合作，为我们的一些领先数据中心产品设计高带宽、低功耗的光互连。使用单片 GF Fotonix 平台制造的 NVIDIA 互连解决方案将推动高性能计算和人工智能应用，实现突破性进展。
”
NVIDIA 混合信号设计副总裁
Edward Lee
似乎 Nvidia 正在通过合作伙伴的新闻稿宣布一项全新的技术，这很奇怪。鉴于 Nvidia 的图形技术大会即将举行，我们希望届时能听到更多关于这个平台的信息。至于一些猜测，我们预计台积电仍将长期从事大部分逻辑制造和先进封装。台积电可能会在晶圆组件上运送切割芯片，然后 GlobalFoundries 可以将这些芯片与光学瓦片共同封装。
GlobalFoundries 提倡，每根光纤能实现 500Gbps 的能力，这是他们优于其他厂商的技术优势。作为参考，最先进的数据中心 800G 收发器通常使用 8x100Gbps 光纤。
GlobalFoundries 将自己定位为领导者，能够提供 1.6 至 3.2Tbps 的光学小芯片。作为参考，Nvidia A100 GPU 提供 4.8Tbps 的 NVLink IO。如果英伟达通过其下一代 Hopper GPU 架构将这一速度提高一倍，那么它将需要多达 6 个光学tiles。如果 GlobalFoundries 对 500Gbps 光纤的研究能够投入生产，那么他们将只需要从每个 GPU 中引出 4 根光纤，而这有可能通过单个光学tile来实现。虽然 Hopper 将能够在没有共同封装的光学tile的情况下脱身。
Ayar Labs 可能是与光学封装相关的最有前途的初创公司。他们已经与英特尔 FPGA 一起交付了共同封装的光学器件，并且他们继续获得更多的胜利和牵引力。他们目前与 GlobalFoundries 一起生产，似乎也无意离开。GlobalFoundries 使用 Ayar 作为Alpha合作伙伴，两者携手开发了许多关键封装技术。其中包括铜柱技术和 V 型槽光纤连接技术。
Macom 制造外部激光器，然后与这种光纤封装耦合。On die vs off package 激光是一个有趣的争论，但 GlobalFoundries 支持这两种技术，并且有客户同时使用这两种技术。
“
从成立之初，Ayar Labs 和 GlobalFoundries 就开始合作开发 GF Fotonix，从整合我们的 PDK 要求和工艺优化到展示平台上的第一个工作芯片。我们领先的单片电子/光子解决方案与 GF Fotonix 的结合为芯片到芯片的光学 I/O 带来了巨大的市场机会，并为我们在年底前实现大量出货奠定了基础。
”
Ayar Labs 首席执行官
Charles Wuischpard
Ranovus 是另一家联合封装的光学公司。他们与 AMD 合作，在 FPGA 上共同封装光学器件。这种合作关系可能会延伸到其他领域，但它也可能类似于短暂的 Ayar 和英特尔合作。AMD 缺乏光子学 IP，因此这将是他们自然的长期合作伙伴关系或收购目标。
“
我们很高兴与我们的客户分享我们的多学科硅光子 IP 内核和小芯片以及先进的封装解决方案，这些客户正在推动采用基于集成一流小芯片和共同封装光学器件的新型数据中心架构。我们与 GlobalFoundries 的密切合作突显了我们的共同承诺，即提供一套功能齐全的合格 IP 内核和小芯片，以及支持 OSAT 的大批量制造流程和支持生态系统，以实现单片硅光子学的巨大潜力。
”
Ranovus 首席业务发展官
Hojjat Salemi
Macom 通常是 TIA 和其他放大器的供应商，但他们也涉足硅光子学的其他部分。他们还与 GlobalFoundries 合作。我们怀疑他们将与 GlobalFoundries 一起制造，因此将 Macom 的外部 TIA 集成到 Fotonix 生态系统中可能更像是一种验证和测试关系。
GlobalFoundries 还提供 EIC 功能，因此从长远来看，它们可能会被更垂直集成的 EIC 设计所取代。
Lightmatter 是最有趣的 AI 初创公司之一，因为它将90WG 工艺用于张量核心。他们正在开发可能采用 45CLO 工艺的下一代产品。他们的技术有可能彻底改变处理器，但更有可能是因为他们的混合信号 IP 和专业知识而被收购。我们会押注英特尔或英伟达作为自然的买家。这可能是在进行中，但后来因为最近几个月 Lightmatter 出现了一些重大的人员流失而分崩离析。
PsiQuantum 是最有前途的量子计算公司之一。他们有一种独特的方法，使用光而不是电子进行纠缠。此外，它们是资金最雄厚的量子计算初创公司之一。PsiQuantum 资助了 6 种新工具，供 GlobalFoundries 用于他们共同设计的定制制造流程。
“
我们正在利用格芯的新 Fotonix™ 平台开发定制硅光子芯片，以满足我们先进的量子计算要求。
”
PsiQuantum 首席运营官
Fariba Danesh
Xanadu 正在使用与光子学类似的方法，但我们对具体实现的细节较少。
Xanadu 的硬件主管
Zachary Vernon
GlobalFoundries Fotonix 平台不仅仅是纯粹的制造能力。因为制造工艺真正困难的事情是将设计概念转换为可制造的设计。流程设计规则必须足够严格，以便可以制造所定义的任何内容，但也必须足够灵活，以免造成痛苦。
由于涉及大量复杂的混合信号，光子代工过程非常困难，验证设计的工作原理也非常困难。GlobalFoundries 与 Cadence、Synopsys 和 Ansys 合作进行 PDK 开发和仿真是创建强大的设计生态系统的关键。
在收入方面，GlobalFoundries 约 25% 的业务来自 FinFET，35% 来自 SOI。这些业务与光子学一起使 GlobalFoundries 比最初更具差异化。来自设计、制造和 EDA 的合作伙伴关系将 GlobalFoundries 定位为领先的硅光子半导体公司。
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