El gigante mundial de fabricación de chips TSMC (TSM.US) está apostando fuertemente por los chips fotónicos de silicio, la próxima generación de tecnología de vanguardia en la fabricación de chips, para estimular el crecimiento del rendimiento y esforzarse por hacer que las aplicaciones de inteligencia artificial generativa como ChatGPT sean más potentes. La fotónica de silicio es un campo tecnológico emergente que combina chips de silicio con tecnología óptica.
TSMC es la fundición de chips por contrato más grande del mundo y actualmente es capaz de producir los chips de inteligencia artificial (IA) más avanzados del mercado, incluidos los chips Nvidia A100/H100. El ejecutivo de TSMC, Douglas Yu, dijo que la compañía actualmente busca mejorar aún más el rendimiento de los chips de IA.
"Si podemos proporcionar un buen sistema integrado de fotónica de silicio... podemos resolver los problemas clave en eficiencia energética y potencia de cálculo (rendimiento) de la inteligencia artificial", dijo Douglas Yu en un foro antes de la inauguración de la Exposición de la Industria de Semiconductores de Taiwán en China el 5 de septiembre. "Este será un nuevo cambio de paradigma. Puede que estemos en el comienzo de una nueva era".
Yu dijo que el impulsor de un sistema fotónico de silicio mejor y más integrado es la inmensa potencia informática necesaria para ejecutar grandes modelos de lenguaje (LLM), la tecnología que sustenta los chatbots de IA (como ChatGPT y Google Bard) y otras aplicaciones informáticas de inteligencia artificial.
Según informes de los medios, TSMC ha formado un equipo de investigación y desarrollo de unas 200 personas para abordar las próximas oportunidades comerciales de chips fotónicos de silicio de ultra alta velocidad el próximo año. La empresa no sólo promueve activamente la tecnología de chips fotónicos de silicio, sino que también coopera con importantes clientes como Broadcom y Nvidia para desarrollar conjuntamente escenarios de aplicaciones centrados en esta tecnología. Según informes de los medios, esta cooperación tiene como objetivo producir la próxima generación de chips fotónicos de silicio. Los procesos relevantes pueden abarcar de 45 nm a 7 nm y se espera que comiencen a aplicarse a los terminales ya en la segunda mitad de 2024.
El acercamiento de la Ley de Moore al límite ha provocado en gran medida que se ralentice la mejora del rendimiento de los chips electrónicos tradicionales. Los chips fotónicos de silicio proporcionan una solución de mejora del rendimiento basada en tecnología luminosa, que acelera la expansión del rendimiento del chip a pesar de las limitaciones de la tecnología de proceso nanométrico.
A medida que la innovación y el desarrollo en el campo global de chips entran en la "era post-Moore", las CPU, que han sido la fuerza principal en la promoción del desarrollo de la sociedad humana, ya no pueden lograr avances rápidos en el nivel de "nm ancho" en menos de cinco años, como 22 nm-10 nm. Los avances posteriores a nivel de nm enfrentan muchos obstáculos, como costos de fabricación extremadamente altos y dificultades técnicas de túneles cuánticos.
Sin embargo, con el advenimiento de la era de la IA, significa que la demanda de potencia informática global está experimentando un crecimiento explosivo y la demanda de chips de rendimiento extremadamente alto solo crecerá. Esto también ha hecho que los chips fotónicos de silicio, que combinan tecnología óptica y circuitos integrados basados en silicio, sean cada vez más importantes en el campo de la fabricación de chips.
La tecnología de fotónica de silicio es una tecnología que integra componentes ópticos como dispositivos láser con circuitos integrados basados en silicio para lograr una transmisión de datos de alta velocidad, distancias de transmisión más largas y un bajo consumo de energía a través de luz en lugar de señales eléctricas. Además, proporciona una menor latencia.
La fotónica de silicio se ha convertido en un área de inversión intensiva en la industria de fabricación de chips, y muchas empresas de tecnología están analizando sus usos potenciales, desde centros de datos, supercomputadoras y equipos de redes hasta automóviles autónomos sin conductor y sistemas de radar de defensa. La tecnología de fotónica de silicio se utiliza actualmente en campos como las comunicaciones ópticas y la detección óptica, centrándose en la transmisión, procesamiento y control de señales ópticas; Las aplicaciones típicas incluyen interconexión de centros de datos, informática de alto rendimiento, comunicaciones por fibra óptica, etc.
Por lo tanto, los chips fotónicos de silicio tienen un potencial considerable en escenarios de aplicaciones de gran ancho de banda y baja potencia, como comunicaciones de datos de alta velocidad e interconexiones de centros de datos. A medida que aumenta la tasa de penetración de los servicios de computación en la nube basados en tecnología de inteligencia artificial y aplicaciones de inteligencia artificial generativa ChatGPT, aumenta la demanda de potencia informática y los chips fotónicos de silicio pueden desempeñar un papel importante en estos campos.
Gigantes tecnológicos como Intel, Cisco e IBM llevan mucho tiempo desarrollando sus propias soluciones y sistemas de fotónica de silicio.
Nvidia, actualmente la empresa de chips más valiosa del mundo, tiene actualmente el mayor mercado de chips que alimentan aceleradores para servidores de centros de datos para desarrollar/ejecutar grandes modelos de lenguaje. La empresa estadounidense adquirió anteriormente el proveedor de tecnología de interconexión de fibra óptica Mellanox.
Los datos de pronóstico de la Asociación Internacional de la Industria de Semiconductores (SEMI) muestran que para 2030, se espera que el mercado mundial de semiconductores fotónicos de silicio alcance los 7.860 millones de dólares, con una tasa de crecimiento anual compuesta que se espera que alcance el 25,7%, un aumento significativo con respecto a solo 1.260 millones de dólares en 2022.
Los datos de pronóstico de Mordor Intelligence, una conocida institución de investigación, son relativamente conservadores. Se espera que el tamaño del mercado de fotónica de silicio sea de 1.490 millones de dólares en 2023. La agencia predice que alcanzará los 4.540 millones de dólares en 2028, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 24,98% durante el período previsto (2023-2028).
La agencia señaló que la fotónica de silicio es una rama en desarrollo de la fotónica que tiene claras ventajas sobre los conductores eléctricos en productos semiconductores utilizados en sistemas de transmisión de alta velocidad. La tecnología promete aumentar las velocidades de transmisión a 100 Gbps, y empresas de tecnología como IBM, Intel y Kothura han utilizado la tecnología para lograr avances. Además, la tecnología ha revolucionado la industria de los semiconductores y promete una transmisión y procesamiento de datos de velocidad ultraalta.
El ejecutivo de TSMC, Douglas Yu, dijo que el gigante de fabricación de chips está estudiando una tecnología de fabricación de chips que utiliza su tecnología avanzada de apilamiento y empaquetado de chips desarrollada exclusivamente para construir sistemas fotónicos de silicio integrados. El empaquetado de chips avanzado se ha convertido en un área importante de gran interés para varios de los fabricantes de chips más grandes del mundo: Intel, Samsung y TSMC, porque las tecnologías avanzadas de empaquetado de chips como 2,5D/3D les están ayudando a crear chips más potentes.
Pero Yu también dijo que un sistema integrado de este tipo, que combina y conecta fotónica de silicio y diferentes tipos de chips, y utiliza su propia tecnología avanzada de empaquetado y apilamiento de chips, todavía está en desarrollo y producción de prueba, y aún no ha entrado en la producción en masa a gran escala.
Tien Wu, director ejecutivo de ASE Semiconductor (ASX.US), uno de los proveedores de servicios de prueba y empaquetado de chips más grandes del mundo, tiene una opinión similar. Dijo que un nuevo método de empaquetar e integrar la tecnología fotónica de silicio desempeñará un papel vital en la solución de uno de los principales cuellos de botella del sistema de potencia informática de próxima generación.
Las principales tecnologías de empaquetado avanzadas de fotónica de silicio actuales incluyen las siguientes: empaquetado de integración vertical, óptica coempaquetada (CPO), empaquetado de fibra, empaquetado basado en guías de ondas y empaquetado de sustrato de vidrio.
Entre ellos, la tecnología CPO es un área de la tecnología de embalaje en la que se centran los fabricantes de chips a nivel mundial. Este es un método altamente integrado de empaquetar componentes ópticos y electrónicos en el mismo paquete. Esto ayuda a reducir la distancia entre la óptica y la electrónica, mejorando la eficiencia energética y el rendimiento de las interconexiones del centro de datos. Los analistas de la industria dijeron que a medida que gigantes de chips como TSMC, Intel, NVIDIA y Broadcom han desarrollado sucesivamente chips fotónicos de silicio y la crucial tecnología de óptica empaquetada (CPO), se espera que el mercado de CPO experimente un crecimiento explosivo ya en 2024.
Un informe de investigación publicado recientemente por Sphericalinsights, una conocida institución de investigación, muestra que se espera que el mercado mundial de óptica empaquetada crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta del 68,9% de 2022 a 2032. Se espera que el mercado mundial de óptica empaquetada alcance los 2.840 millones de dólares estadounidenses para 2032. La agencia estima que el mercado en 2022 será de solo 15 millones de dólares estadounidenses.
Sphericalinsights señaló que las plataformas de chips de silicio son ampliamente consideradas en la industria como la plataforma de integración de fotónica de silicio a gran escala más prometedora, mientras que las ópticas empaquetadas conjuntamente son ampliamente consideradas como ideales para posibles interconexiones de centros de datos. Las ópticas co-empaquetadas (CPO) u ópticas en paquete (IPO) son combinaciones híbridas complejas de dispositivos ópticos y dispositivos basados en silicio en una única plataforma de embalaje, cuyo objetivo es resolver problemas de consumo de energía y ancho de banda de próxima generación.
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