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光进入芯片,能为高性能计算带来什么?

传感器技术  · 公众号  ·  · 2023-05-12 07:00

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2023年,GPT引发了驱动力和应用范式的转变。高带宽、每机架高功率预算、HPC新型光链路捉襟见肘。随着从联网(交换)到处理(AI/ML(机器学习))的范式转变,预计2024年将推出首个基于光学I/O的封装内Al系统,而CPO的批量交付预计将在2029年之后。


2023年驱动力和应用范式转变


CPO为何能受到青睐?


CPO受到关注是由于其在数据中心高性能计算的功率效率。由于近来宏观经济不利,网络应用CPO的大多数支持者已暂停了对CPO项目的支持。其主要原因包括:一是可插拔产品的工业生态系统需要完善;二是可插拔尺寸的集成电光调制器可以实现所需的低功耗,且可在不改变现有网络系统设计的情况下引入市场。


Yole Intelligence光子学和传感部门高级分析师Martin Vallo博士则表示:“在所需的电密度和光密度、热管理和能源效率方面,可插拔尺寸将限制其支持6.4T和12.8T容量的能力,使用硅光子学技术平台的共封装能够克服上述挑战。”


随着技术进步,能够在商业系统中更紧密地集成通信和计算技术的网络硬件组件越来越常见。不过,CPO对AI/ML系统仍保持着吸引力。AI模型的规模正在以前所未有的速度增长,传统架构(铜基电互连)的芯片对芯片或板对板能力将成为扩展ML的主要瓶颈。因此,HPC及其新的分散架构出现了新的、非常短的光互连。分散设计将服务器卡上的计算、内存和存储组件分开,并分别对其进行池化。


通过先进的封装内光学I/O技术将基于光学的互连用于xPU(CPU、DPU、GPU、TPU、FPGA和ASIC)、内存和存储器,以实现必要的传输速度和带宽。


此外,未来数十亿光学互连(芯片、电路板)的潜力正在推动大型代工厂为大规模生产做准备。由于大多数光子制造IP由非代工公司(AyarLabs、Ranovus、思科、Nvidia、Marvell、Lightmatter和许多其他公司)持有,Tower Semiconductor、GlobalFoundries、ASE Group、台积电和三星等大型代工公司正在准备硅光子工艺流程,以接受设计公司的任何PIC架构。所有这些代工厂都在加入PCIe、CXL和UCIe等行业联盟。


小芯片(chiplet)互连的通用规范允许构建超过最大掩模尺寸的大型片上系统(SoC)封装。这有助于在同一封装内混合来自不同供应商的组件,并通过使用较小的片芯来提高制造产量。每个小芯片可以使用适合特定器件类型或计算性能/功耗要求的不同硅制造工艺。


2023年优选CPO参与者供应链


对快速增长的训练数据集的预测表明,数据将成为扩展ML模型的主要瓶颈,因此,AI的进展可能会放缓。在AI/ML设备中加速数据移动是下一代HPC系统采用光学互连的主要驱动因素,在ML硬件中使用光学I/O有助于应对数据的爆炸性增长。


怎样重拾CPO?


事实上,在过去50年里,每十年都会有一次移动技术创新。移动带宽需求已经从语音通话和短信发展到超高清(UHD)视频和各种增强现实/虚拟现实(AR/VR)应用。尽管疫情对电信基础设施供应链产生了很大影响,但全球消费者和商业用户不断对网络和云服务产生新的需求。社交网络、商务会议、UHD视频流、电子商务和游戏应用将继续推动增长。







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