光中介层，有希望

来源：半导体产业纵横发布时间：2025-01-23 13:39

芯片制造

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Lightmatter 使用处理器封装内的光信号。

光纤电缆正逐渐靠近高性能计算机的处理器，用玻璃代替铜线。科技公司希望通过将光纤连接从服务器外部移到主板上，然后让它们与处理器并排放置，来加快人工智能的速度并降低其能源成本。现在，科技公司准备更进一步，通过在处理器下方放置连接来增加处理器的潜力。

Lightmatter 采取了这种方法，该公司声称其中介层配置为建立光速连接，不仅在处理器之间，而且在处理器的各个部分之间。该技术的支持者声称，它有可能大幅降低复杂计算所需的电量，这是当今人工智能技术进步的基本要求。

Lightmatter 的创新吸引了投资者的注意，他们看到了该技术的巨大潜力，为该公司筹集了 8.5 亿美元，使其远远领先于竞争对手，估值达到 44 亿美元。现在，Lightmatter 准备让其名为 Passage 的技术投入运行。该公司计划在 2025 年底前在主要客户系统中安装并运行该技术的生产版本。

Passage 是一种光学互连系统，它可能是将高性能处理器的计算速度提高到超越摩尔定律极限的关键一步。首席执行官尼克·哈里斯表示，这项技术预示着未来各个处理器可以集中资源，同步处理人工智能所需的大量计算。

他说：“从现在起，计算技术的进步将来自于多个芯片的连接。”

光学中介层

从根本上讲，Passage 是一种中介层，即一块玻璃或硅片，较小的硅片（通常称为小芯片）附着于其上，并在同一封装内相互连接。如今，许多顶级服务器 CPU 和GPU都是由中介层上的多个硅片组成的。该方案允许设计人员连接采用不同制造技术制造的芯片，并将处理能力和内存容量提高到单芯片无法企及的水平。

如今，连接中介层上的芯片的互连严格来说是电气的。与主板上的互连相比，它们是高速且低能耗的互连。但它们无法与通过玻璃光纤的无阻抗光子流相比。

Passage 是从一块 300 毫米的硅晶片上切割下来的，硅晶片表面下方有一层薄薄的二氧化硅。Passage 所用的光由多波段外部激光芯片提供。插入器包含可以从芯片的标准 I/O 系统接收电信号的技术，称为串行器/解串器或 SerDes。因此，Passage 与开箱即用的硅处理器芯片兼容，不需要对芯片进行根本性的设计更改。

计算芯片堆叠在光学中介层之上。Lightmatter

信号从 SerDes 传输到一组称为微环谐振器的收发器，这些收发器将比特编码到不同波长的激光上。接下来，多路复用器将光波长组合到光电路上，然后数据通过干涉仪和更多环形谐振器进行路由。

数据可以从光路通过排列在芯片封装两侧的八个光纤阵列之一从处理器发送出去。或者，数据可以路由回同一处理器中的另一个芯片。在任一目的地，该过程都是反向运行的，其中光被解复用并利用光电探测器和跨阻放大器转换回电能。

哈里斯声称，该通道可使数据中心的能源消耗减少六分之一到二十分之一。

与通常仅限于芯片周边的典型电气布置相比，处理器中任何芯片之间的直接连接可以消除延迟并节省能源。

这就是 Passage 与其他将处理器与光连接起来的竞争者不同的地方。Lightmatter 的竞争对手，如 Ayar Labs和Avicena，生产光学 I/O 芯片，设计用于放置在处理器主芯片旁边的有限空间中。哈里斯将这种方法称为光学互连的“2.5 代”，比主板上处理器封装外部的互连高出一步。

光学的优势

光子互连的优势在于消除了电力固有的限制，电力传输数据的距离越远，消耗的能量就越多。

光子互连初创公司建立的前提是，未来的系统必须消除这些限制，才能满足人工智能即将到来的计算需求。哈里斯说，数据中心的许多处理器将需要同时处理一项任务。但他补充说，用电在几米之外的距离内传输数据“在物理上是不可能的”，而且成本也高得令人难以置信。

“对于数据中心的建造目的而言，对电力的需求越来越高，”哈里斯继续说道。他声称，Passage 可以使数据中心使用六分之一到二十分之一的能源，而且随着数据中心规模的扩大，效率也会提高。然而，他说，光子互连带来的节能效果不会导致数据中心整体耗电量减少。它们不会减少能源使用，而是更有可能在更苛刻的任务上消耗相同数量的电力。

人工智能推动光互连

10 月份，Lightmatter 完成了 4 亿美元的 D 轮融资，资金不断增加。TechInsights分析师詹姆斯·桑德斯 (James Sanders ) 表示，对优化处理器网络的投资是“不可避免的”趋势的一部分。

2023 年，出货的服务器中有 10% 是加速的，这意味着它们包含与 GPU 或其他 AI 加速 IC 配对的 CPU。这些加速器与 Passage 旨在配对的加速器相同。TechInsights 预计，到 2029 年，出货的服务器中有三分之一将加速。投入光子互连的资金是押注它们是从 AI 中获利所需的加速器。

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