【产通社，5月28日讯】在全光学AI数据中心的竞争中，半导体制造巨头台积电（TSMC）正在押注另一匹黑马——美国初创公司Avicena，两者将合作生产基于microLED的光学互连芯片。该技术是用光学连接取代电气连接的实用转折，以低成本、节能的方式满足越来越多的GPU之间的高通信需求。
由于大型语言模型对计算的需求，AI集群在数据量、带宽、延迟和速度方面面临着前所未有的要求。迟早，连接单个AI数据中心机架内处理器和内存的铜线将不得不被光学组件取代。
Avicena提供了一种独特的方法，使用数百个通过成像型光纤连接的蓝色microLED来移动数据。该公司的模块化LightBundle平台避免了激光器及其相关复杂性的问题，这些问题威胁到其他光学小芯片的可靠性、成本和功耗。
台积电副总裁Lucas Tsai表示：“人们大力推动光纤连接尽可能靠近电路板。这非常非正统，但它非常适合这些短距离应用，这正是它有趣的地方！”

无激光连接

如今，光连接以非常高的数据速率在数据中心传输数十到数百米的大量数据。传统上，可插拔模块将光纤连接到机架，在机架上转换电信号和光信号。公司正在朝着使用共封装光学器件（CPO）摆脱这些能源效率低下的可插拔收发器迈出大步，CPO在硅芯片本身附近进行电光转换。网络交换机已有商业版本，原型正在向GPU迈进。最突出的光学小芯片设计使用激光器和调制器将电子比特编码到多个波长的光纤上。
然而，基于激光的光学互连的主要挑战是激光器本身。激光和光纤附件在可靠性、制造和成本方面造成了最大的问题。此外，承载数十个GPU以多波长形式交换链路的单根光纤会受到计算开销的影响：将每个数据通道沿着单独的物理通道传输比稍后以电子方式解析一个大通道要简单得多。
这就是Avicena的用武之地。LightBundle互连通过多芯成像光纤将数百个蓝色microLED连接到光电探测器阵列，而不是通过光纤发送多波长激光，然后将其解析为单独的通道，每10GB/s数据通道一根。发射器就像一个微型显示屏，探测器就像一个相机。
Avicena首席执行官Bardia Pezeshki表示：“我们正在做没有激光器复杂性的光学互连。”。一条每条通道只有300个像素、速度为10Gb/s的简单光链路可以延伸10米的距离，净传输总量为3 Tb/s。由于显示器和摄像头可以扩展到数百万像素，因此该技术能以比铜线低得多的能量和高得多的密度扩展到更高的数据速率。

成熟的行业基础

Avicena官宣的一个主要优势是，他们的技术利用了LED、摄像头和显示器等所有成熟的行业技能。Pezeshki说：“与开发新的构建块相比，我们可以更快地将我们的方法扩展到所需的数量和成本。”尽管硅光子学在光学互连方面已经领先了三十年，但他们必须开发环形谐振器和梳状激光器等新组件，这些东西需要很长时间才能成熟。相比之下，LightBundle互连设计只需要对现有的相机和显示技术进行微小的修改。
这是台积电签约为Avicena的光学芯片生产光电探测器阵列的一个主要原因。Lucas Tsai说：“LED已经是一个成熟的行业，有很多消费品。LED的功率当然比激光低，但对于机架内和机架外10米的距离来说，这就足够了。”
Pezeshki表示，Avicena的研究结果已经“颠覆”了硅光子学的能力。LightBundle原型已经展示了整个链路的亚pJ/bit能耗，而其他光学方法“正在努力展示”5pJ/bit能耗潜力。
Pezeshki承认，Avicena在构建和扩展产品方面还有很长的路要走。但他说：“将展示出色的结果与使用成熟的构建块相结合，正在赢得追随者的青睐。”

剪报来源：
https://spectrum.ieee.org/microled-optical-chiplet