Що таке оптична історія з мідним відступом: чи Intel EMIB випередила TSMC у технологіях оптичного з'єднання для ШІ?

Інтелектуальні обчислення, що викликають світловий бум, призвели до відступу міді, аналізатори вказують, що технологія EMIB від Intel у пакуванні має переваги у якості виробництва та тепловідведенні порівняно з CoWoS від TSMC у сфері оптичних модулів у пакеті (CPO).

Зі стрімким зростанням попиту на AI-обчислення, вузькі місця передачі даних у дата-центрах розширюються від самих чипів до архітектури пакування та з'єднань. Оптичні пакети у пакеті (CPO) вважаються ключовою інфраструктурною революцією наступного покоління, однак хто першим вирішить три головні проблеми — якість виробництва, тепловідведення та вирівнювання оптичних волокон — стане переможцем у цій гонці. Нещодавно аналітик напівпровідників Bubble Boi назвав переваги технології EMIB від Intel, прямо заявивши, що у сфері інтеграції CPO TSMC зіштовхується з труднощами, що викликало гарячі обговорення у спільноті.

（Коли обсяг пам’яті досягне межі: як «оптичне з’єднання» може зробити GPU–HBM пакування новим фаворитом?）

Чому «мідійні» кабелі не витримують епохи AI?

У сучасній архітектурі дата-центрів для AI, масштаб кластерів GPU постійно зростає, і між GPU, високошвидкісною пам’яттю (HBM) та серверами потрібен високошвидкісний, низьколатентний обмін даними. Однак традиційні мідні кабелі та електричні сигнали вже наближаються до фізичних меж через великий обсяг даних і енергоспоживання.

За даними дослідження Goldman Sachs, ринок оптичних комунікацій прогнозується зросте з приблизно 15 мільярдів доларів у 2026 році до 154 мільярдів у 2028 році, з потенційним десятикратним зростанням. Ця хвиля «оптика проти міді» зосереджена навколо рішення CPO (Co-Packaged Optics): інтеграція оптичних двигунів безпосередньо у пакети чипів для заміни електричних сигналів, що значно скорочує довжину передачі та знижує споживання енергії.

（Goldman Sachs називає оптичні комунікації наступним ринком інфраструктури AI на сотні мільярдів доларів, TSMC, Unimicron та Winbond отримують вигоду）

За енергоспоживанням, різниця дуже велика. Традиційний модуль оптичного інтерфейсу (FPP) споживає близько 20 піжеулів (pJ/bit) на біт; у теорії CPO може знизити цей показник до 5 pJ/bit і нижче, що дає зниження споживання енергії більш ніж на 70%.

Головна проблема CPO: тепловідведення та якість виробництва

Bubble Boi стверджує, що для масового впровадження CPO головним викликом є не базова фізика передачі світла у хвилеводах, а управління теплом і виробничий рівень.

На даний момент провідною технологією є TSMC CoWoS (Chip on Wafer on Substrate), яка об’єднує всі чипи у один великий силіконовий проміжний шар. Однак ця архітектура має суттєві обмеження масштабування: кожен силіконовий шар обмежений розміром ретіклі (масштабом маски). Хоча TSMC поступово вводить версії CoWoS-S, CoWoS-R, CoWoS-L, кожне додавання нових чипів або HBM збільшує ймовірність дефектів. Якщо будь-який з елементів виходить з ладу, вся дорога пакувальна конструкція вартістю тисячі доларів підлягає утилізації, а рівень виробництва швидко падає після досягнення приблизно 5,5 розмірів ретіклі.

Ще складніше, що фотонний двигун дуже чутливий до температури, а високопродуктивні GPU або комутатори ASIC генерують велику кількість тепла. Як інтегрувати фотонний двигун у один пакет без зниження рівня виробництва та контролю тепла — це нинішній головний бар’єр для масового виробництва CPO.

Переваги Intel EMIB: локалізоване вирішення складних питань

Bubble Boi вважає, що на відміну від TSMC, яка використовує великий інтегрований проміжний шар у схемі CoWoS, Intel застосовує принцип EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge).

EMIB використовує дуже малий силіконовий міст замість цілого великого проміжного шару, і зосереджує високотемпературні та складні з’єднання у локальних зонах, залишаючи інші частини менш ризикованими. Така стратегія «локалізації найскладніших проблем» дає значні переваги у виробничій якості: оцінки показують, що рівень виробництва EMIB може досягати понад 95%, і підтримує масштабування до приблизно 12 розмірів ретіклі, що значно перевищує можливості CoWoS при аналогічних розмірах.

У сфері фотоніки Intel має понад 25 років досвіду і у 2024 році продемонстрував оптичний I/O-чіплет з EMIB, здатний до двонапрямного передавання 2 Тбіт/с при споживанні близько 5 піжеулів/біт, а також пройшов стандартизовані тести на з’єднання та надійність.

Особливо важливі процеси вирівнювання оптичних волокон і тестування на надійність — це сфери, у яких багато конкурентів CPO досі шукають рішення, і які є ключовими для перехідного періоду від демонстраційних зразків до масового виробництва.

Чи зможе TSMC випередити Intel у технологічних ітераціях?

Потрібно врахувати, що Bubble Boi — один із головних інженерів Intel, тому твердження, що «ринок CPO буде монополізований Intel», є перебільшенням і недооцінює ресурси та здатність до ітерацій у екосистемі TSMC.

Платформа COUPE від TSMC, яка використовує технологію стекінгу SoIC-X для безпосереднього з’єднання електронних чипів із фотонними, планується інтегрувати у передові пакети CoWoS вже до 2026 року, створюючи цілісну архітектуру CPO. Це означає, що оптичний зв’язок може перейти від міжсерверних каналів до рівня пакета чипів. Також TSMC досліджує нові технології, такі як скляні підкладки (CoPoS) і гібридне з’єднання (Hybrid Bonding), щоб подолати фізичні обмеження силіконових проміжних шарів.

Broadcom вже почав поставки комутаторів Tomahawk 5 Bailly CPO для ранніх клієнтів, підтримуючи швидкість до 51,2 Тбіт/с, а у 2026 році планується масштабне масове виробництво. Це свідчить, що конкуренція у сфері CPO вже перетворюється не лише у технічну, а й у комерційну боротьбу.

NPO — найкращий тимчасовий варіант, а поширення CPO очікується після 2028 року

Щоб зрозуміти конкурентний ландшафт CPO, потрібно розрізняти ще одну важливу концепцію: близьке пакувальне оптичне з’єднання (NPO, Near-Package Optics).

Джерело зображення: Дорожня карта розвитку оптичних пакувальних технологій Alphawave SEMI: від вставних оптичних модулів (Pluggable Optics), плати з оптикою / близьке пакування (OBO / NPO), інтегрованої оптики у 2.5D CPO, тривимірного пакування (3D CPO) до повної інтеграції лазерних джерел (Integrated Laser).

Різниця між NPO і CPO полягає у ступені інтеграції: CPO — це безпосередня інтеграція оптичного двигуна у чип; NPO — це розміщення оптичного двигуна поруч із пакетом дуже близько, з коротким електричним з’єднанням, що жертвує частиною ефективності заради кращого теплового ізоляції та виробничої якості. Великі хмарні провайдери, такі як Google, вже використовують NPO і одночасно застосовують обидві технології — EMIB від Intel і CoWoS від TSMC.

З точки зору ринку, нині у дата-центрах існують три паралельні рішення: вставні оптичні модулі, NPO і CPO. За оцінками галузі, широке поширення CPO замінить традиційні вставні модулі приблизно до 2028–2030 років, тоді як NPO залишається переважним тимчасовим рішенням.