Что такое история о светлом входе и медленном выходе: обогнала ли Intel EMIB TSMC в технологии оптической межсоединения для ИИ?

Искусственный интеллект вызывает рост световых технологий, аналитики указывают, что упаковка EMIB от Intel обладает преимуществами в локальной интеграции по показателям качества и теплоотвода по сравнению с CoWoS от TSMC в области оптических интеграционных решений (CPO).

По мере стремительного роста требований к AI-вычислениям, узкие места передачи данных в дата-центрах расширяются от самих чипов до архитектуры упаковки и межсоединений. Совместная упаковка оптики (CPO) рассматривается как следующий ключевой этап революции инфраструктуры, однако победитель в этой гонке будет определяться тем, кто первым решит три сложных вопроса: качество, теплоотвод и выравнивание оптоволоконных кабелей. Недавно аналитик полупроводников Bubble Boi отметил, что технология EMIB от Intel обладает преимуществами, прямо заявляя, что у TSMC CoWoS в области интеграции CPO возникают трудности, что вызвало горячие обсуждения в сообществе.

（Когда память достигает предела: как «оптическая связь» может стать новым фаворитом в GPU–HBM упаковке?）

Почему «медные» кабели не справляются с передачей данных в эпоху AI?

В текущей архитектуре дата-центров AI масштаб кластеров GPU постоянно растет, и между несколькими GPU, между GPU и высокопроизводительной памятью (HBM), а также между серверами — все зависит от высокоскоростных, низколатентных передач данных. Однако традиционные медные кабели и электрические сигналы приближаются к физическим пределам из-за огромных объемов трафика и энергопотребления.

По данным отчета Goldman Sachs, объем рынка оптической связи, оцениваемый примерно в 15 миллиардов долларов в 2026 году, за два года резко вырастет до 154 миллиардов долларов к 2028 году, что в десять раз превышает текущие показатели. Эта волна «свет в медь» делает ключевым решением совместную упаковку оптики (CPO, Co-Packaged Optics): интеграция оптического модуля прямо в упаковку чипа, замена электрических сигналов световыми, что значительно сокращает длину передачи и снижает энергопотребление.

（Goldman Sachs выделяет оптическую связь как следующий миллиардный рынок AI-инфраструктуры, TSMC, Unimicron и Broadcom получают выгоду）

По показателям энергопотребления разница очень велика. Традиционный передний панельный вставляемый оптический модуль (FPP) потребляет около 20 пДж/бит; в то время как теоретически архитектура CPO может снизить этот показатель до 5 пДж/бит и ниже, что дает снижение энергопотребления более чем на 70%.

Ключевые сложности CPO: теплоотвод и качество производства

Bubble Boi утверждает, что для массового внедрения технологии CPO основная проблема — не физические основы передачи света по волноводу, а управление теплоотводом и производственный уровень.

На сегодняшний день основная технология упаковки — это CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) от TSMC, которая объединяет все чипы на крупном силиконовом промежуточном слое. Эта архитектура сталкивается с ограничениями масштабируемости: размер каждого силиконового слоя ограничен размером ретикла (reticle). Несмотря на то, что TSMC постепенно выпускает версии CoWoS-S, CoWoS-R, CoWoS-L для решения этих проблем, добавление новых чипов или стеков HBM увеличивает вероятность дефектов пропорционально площади. Если один из элементов выйдет из строя, вся дорогостоящая упаковка стоимостью в десятки тысяч долларов должна быть списана, а уровень выхода из строя резко падает после превышения примерно 5,5 размеров ретикла.

Еще более сложной является чувствительность фотонных элементов к температуре, а высокопроизводительные GPU или коммутаторы ASIC выделяют огромное количество тепла. Как интегрировать фотонные компоненты в одну упаковку без снижения качества и ухудшения теплоотвода — это текущий главный вызов массового производства CPO.

Преимущество Intel EMIB: локальное решение сложных задач

Bubble Boi считает, что в отличие от подхода TSMC с крупным интегрированным промежуточным слоем (CoWoS), технология EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) от Intel использует совершенно иной подход.

EMIB заменяет крупный промежуточный слой очень маленьким силиконовым мостом, который обеспечивает точное соединение только в локальных областях с высокой плотностью контактов, концентрируя обработку горячих и сложных участков, а остальные области остаются менее нагруженными. Такой «локальный» подход к решению самых сложных задач дает явные преимущества в производственном качестве: по оценкам отрасли, уровень выхода из строя EMIB-упаковки может достигать 95% и выше, а масштаб упаковки по размеру примерно равен 12 ретиклам, что значительно превосходит показатели CoWoS при аналогичных размерах.

В области фотонных технологий Intel имеет более 25 лет опыта и в 2024 году продемонстрировала оптический I/O чиплет с EMIB, обеспечивающий двунаправленную скорость передачи данных до 2 Тбит/с, при энергопотреблении около 5 пДж/бит, а также прошедший стандартизацию по стандартам JEDEC и тесты надежности оптоволоконных соединений.

Особое внимание уделяется выравниванию и тестированию надежности оптоволоконных соединений — это один из самых сложных этапов для конкурентов CPO и ключевой барьер между демонстрацией и массовым производством.

Могут ли решения COUPE от TSMC опередить Intel в итерациях?

Следует отметить, что Bubble Boi — один из ведущих аналитиков Intel, поэтому считать, что «рынок CPO полностью захвачен Intel», — неправильно и недооценивает ресурсы и возможности итерации у TSMC и его экосистемы.

Платформа COUPE от TSMC использует технологию стеков SoIC-X для непосредственного укладки электронных чипов на фотонные, планируется интеграция в передовые упаковки CoWoS к 2026 году, формируя полноценную архитектуру CPO. Это означает, что оптическая связь может перейти от межсерверных коммуникаций к непосредственной интеграции в уровень упаковки чипа. Кроме того, TSMC исследует новые технологии, такие как стеклянные подложки (CoPoS) и гибридное соединение (Hybrid Bonding), чтобы преодолеть физические ограничения силиконовых промежуточных слоев.

Технология Broadcom Tomahawk 5 Bailly CPO уже начала поставки ранним клиентам, поддерживая пропускную способность 51,2 Тбит/с, а к 2026 году планируется масштабное массовое производство. Все это показывает, что коммерциализация CPO — это не только технологическая борьба, но и конкуренция за производственные возможности.

NPO — лучший текущий переходный вариант, а массовое распространение CPO ожидается после 2028 года

Чтобы понять конкурентную ситуацию в области CPO, необходимо также учитывать другой важный концепт — близкое размещение оптики (NPO, Near-Package Optics).

Источник: дорожная карта развития оптических упаковочных технологий Alphawave SEMI: от вставляемых модулей (Pluggable Optics), через оптику на плате / NPO, до 2.5D CPO, 3D CPO и полной интеграции лазерных источников (Integrated Laser).

Различие между NPO и CPO заключается в степени интеграции: CPO — это интеграция оптического модуля прямо в чип; NPO — размещение оптического модуля очень близко к упаковке, с коротким электрическим соединением, что жертвует немного эффективностью ради повышения теплоизоляции и качества производства. В настоящее время крупные облачные провайдеры, такие как Google, используют именно NPO, одновременно применяя технологии Intel EMIB и TSMC CoWoS.

На текущий момент в дата-центрах существуют три варианта: Pluggable Optics, NPO и CPO. Общая оценка — массовое вытеснение традиционных вставляемых модулей CPO ожидается примерно к 2028–2030 годам, а NPO пока рассматривается как переходное решение.

Какие есть акции в области оптических коммуникаций? Возможности тайваньского цепочки поставок

Эта волна оптических межсоединений создает многоуровневые возможности для тайваньских поставщиков полупроводников. Самым заметным является платформа COUPE от TSMC; компания Unimicron (3363) уже включила оптические массивы (FAU) в свою фотонную экосистему, продвигая стандарты до 1,6 Т и даже 3,2 Т; компания PFC (6830) сосредоточена на рынке обнаружения и тестирования оптических потерь в фотонных компонентах, предоставляя услуги, оборудование и лицензии.

Кроме того, компании, активно развивающие сетевое оборудование и входящие в сферу CPO, такие как ZTE (2345), Innolux (6451) и United Microelectronics (3081), считаются потенциальными участниками рынка. Лидер в области передовых упаковок, Sun Moon Light (3711), благодаря многолетнему опыту сотрудничества по CoWoS, также имеет хорошие шансы занять свою нишу.

Несмотря на то, что EMIB от Intel обладает реальными инженерными преимуществами в области интеграции CPO, особенно в вопросах выхода из строя, теплоизоляции и надежности оптоволоконных тестов, исход этой гонки не обязательно будет нулевой суммой: Intel занимает важную позицию в высококлассных решениях CPO, а экосистема TSMC может сохранить лидерство за счет масштаба и клиентских связей.

Тренд «свет в медь» уже очевиден, однако ключевым фактором станет тот, кто первым преодолеет сложности теплоотвода, качества и масштабируемости производства — именно это определит исход этой технологической революции.

• Статья опубликована с разрешения: «Цепь новостей»
• Оригинальный заголовок: «Анализ «свет в медь»: Intel EMIB обогнал TSMC в технологии оптических межсоединений для AI?»
• Автор оригинала: Crumax