光刻机已经到了人类工程极限,却仍锁不住微环芯片的波长
硅光学界曾判定微环因波长漂移无法量产,这家公司造了一台激光退火修条设备,把波长良率做到99%,绕开了对顶级光刻机的依赖。
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算力增长远超铜线承载力
过去十年全球算力增长了约一亿倍,几乎每年翻十倍,但芯片面积只能按边长的平方增长,用来传输数据的「边」增长天然更慢。当带宽需求变成原来的十倍、百倍甚至千倍时,铜已经完全搞不定,互联第一次从计算的附属品变成了决定AI集群效率和能效的核心节点。
微环比MZI小两个数量级,催生宽而慢设计
传统马赫曾德尔(MZI)调制器尺寸在3毫米左右,微环调制器直径只有15微米左右,相差两个多数量级。MZI受限于边缘排布,只能靠不断提高单通道速率来堆带宽;微环因为够小,可以像撒芝麻一样铺满整颗芯片,改用大量低速通道并行,反而做出更高的总带宽密度和更低功耗。
性能再好,没法量产也白搭
微环在实验室里表现优异,用可调激光器对准它就能做出很好的发射机,但量产时采购的激光器波长和每颗微环的响应波长对不上,根本没法规模化制造。导师的判断是这个东西性能虽然很好,但是没法被量产,原因是微环的波长天生就会随意飘动,这是产业长期不敢all in微环的核心顾虑。
— 张维薇光刻精度已到极限,仍锁不住相位
常规思路是靠更好的光刻机把线宽做准来压住波长漂移,但即便做到0.5纳米甚至1纳米精度——已是人类工程极限——对精密光学器件来说这点抖动仍可感知、仍会导致相位偏移。他因此决定放弃在光刻环节死磕精度,把「把线宽做准」和「把波长调准」拆成两件事,另造一台设备专门校正每个微环的相位。
— 张维薇修条设备把波长良率做到99%
这台命名为智威1000E的设备,用上万个脉冲激光逐点扫描芯片上的非晶化硅区域,以皮米级精度把每个微环的波长拉到目标值,在微环波长这一个单项指标上把良率做到了99%。这意味着微环制造不再必须依赖EUV等顶级光刻机,给了用成熟工艺节点量产微环芯片的可能性。
— 张维薇一颗激光器3000美元,逼出自研光源
每个微环对应一个波长,一组8通道微环理论上需要8颗单独挑选波长的窄线宽DFB激光器,但这种定制光源一颗报价约3000美元,而且8颗激光器并排放会互相发热、不能靠堆高功率解决,拆分又会损伤器件性能。团队最终自研梳状激光器,让一颗激光器直接产出8个甚至16个波长,大幅压低了光源环节的成本和复杂度。
电芯片是GPU和光之间的翻译官
GPU自带的SerDes是为驱动50欧姆阻抗的铜线设计的,电压大概400到800毫伏,但微环是非线性器件,需要1.6到2伏甚至更高的驱动电压、特定的反偏电压,还对温度极其敏感,需要实时锁定波长——这些GPU原生都不具备。团队专门做了一颗电芯片夹在GPU和光芯片之间,把电信号翻译成光能读懂的形式,整个过程对GPU完全透明。
OIO不是更好的光模块,而是新范式
团队明确表示不想做下一个中际旭创,因为光模块是为通信场景设计的,而Scale-up互联的需求来自计算侧——不惜一切代价让算力跑满、极致低延迟。所以OIO要定义的是一套全新的计算光互联范式。对于英伟达这种全栈自研的闭环生态(团队称之为苹果生态),他们选择反过来做安卓生态,把技术开放给国内外所有GPU公司。
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我觉得随着光互联如果真的做到了GPU里面去 很有可能计算已经不是整个AI集群的一个中心节点了 互联可能会变成整个AI集群的一个中心节点
如果光互联真的做进GPU内部,计算很可能不再是AI集群的中心节点,互联反而会变成AI集群的中心节点。
他说这个东西性能虽然很好 你明显能follow 但是它没法被量产
导师说,这个东西性能虽然很好,你明显能follow,但是它没法被量产。
张维薇22:16
我当时就是说那你在用最好光刻机不管你怎么做 你达到人类工程极限了 但是我光学光波长光学机器 它是天然的一个敏感气节 我就是能感受到你的微弱
我当时说,你用最好的光刻机不管怎么做,都已经到了人类工程极限了,但光学的波长测量天生就是一个敏感器件,我就是能感受到你那点微弱的偏差。
张维薇24:18
就是说大概就是说精种光源 拔不通道的DF激光器零化源 它的价格大概是3000美金一颗卖给你
定制锁定波长的窄线宽DFB激光器,大概卖你3000美元一颗。
特斯拉当年在坐电动车的时候 20年前 没有人去做电机电控电池 那你必须都得做了 你要被整机
特斯拉当年做电动车的时候,20年前没有人做电机、电控、电池,所以你必须都得自己做,你要做整机。
我们OIO并不是要做一个更好的光模块 而是OIO要定义一个计算光互联的新的范式
我们OIO并不是要做一个更好的光模块,而是OIO要定义一个计算光互联的新范式。
但是我们愿意做安卓生态 我希望把我们open给所有的这样的公司
但我们愿意做安卓生态,希望把自己开放给所有这样的公司。
数字与实体
| 算力十年增长倍数 | 约1亿倍(几乎每年10倍) | 5:02 |
| MZI调制器尺寸 | 约3毫米 | 15:09 |
| 微环调制器直径 | 约15微米 | 15:09 |
| 微环波长良率(经修条设备后) | 99% | 29:25 |
| 定制DFB激光器单价 | 约3000美元/颗 | 33:33 |
| 公司估值 | 刚过10亿美元(独角兽) | 3:02 |
| 流片轮次 | 光芯片8轮、电芯片5轮 | 45:46 |
术语
- CPO共封装光学
- 把光学器件与交换芯片封装在一起,主要用于交换侧的光互联
- OIO光学输入输出
- 直接把光连接到计算芯片(GPU/CPU)引脚旁的新型互联技术
- UCIE通用芯粒互联协议
- 为chiplet间互联设计的协议标准,原本只覆盖几厘米到几毫米距离
- microring modulator微环调制器
- 直径仅十几微米的环形光调制器件,靠波长谐振工作
- MZI马赫曾德尔调制器
- 依靠光程相位干涉实现调制的传统光调制器件,尺寸在毫米级
- WDM波分复用
- 让多个不同波长的信号共用一根光纤同时传输的技术
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