日前，總部位于加利福尼亞州埃默里維爾的硅光子初創(chuàng)公司AyarLabs宣布，其名為TeraPHY的光電I/O芯片即將TapeOut。據(jù)他們介紹，這個產(chǎn)品能夠讓芯片與芯片之間與光的速度進行通信。他們承諾，這個I/O芯片的帶寬將會高達1Terabit/s，較之傳統(tǒng)的銅互聯(lián)芯片快十倍。

我們知道，現(xiàn)行的銅引腳和電信號因為本身的材料限制，正在面對包括功率，數(shù)據(jù)范圍和芯片空間限制等問題。隨著處理器性能的提高，我們需要更快的數(shù)據(jù)速率，需要給芯片提供更多的數(shù)據(jù)，并且在處理期間也會產(chǎn)生更大數(shù)據(jù)，這種傳統(tǒng)的芯片的局限就進一步凸顯。另外，在摩爾定律逐漸失效之后，過去幾年的處理器性能增長已經(jīng)大大放緩，但電驅(qū)動芯片通信仍無法跟上步伐，這就讓人們對這個問題有更嚴肅的思考。

按照AyarLabs首席戰(zhàn)略官兼公司聯(lián)合創(chuàng)始人AlexWright-Gladstein的說法，人們一致認為，芯片傳輸?shù)淖罡邤?shù)據(jù)速率是100Gbps?！霸撔袠I(yè)真的甚至不同意我們會在2018年之前達到極限，但這場辯論已經(jīng)徹底消失了，”她告訴TheNextPlatform。

稍微考慮一下未來，一個10teraflop處理器可能是超大規(guī)模超級計算機的基礎(chǔ)，它需要大約10Tbps的芯片I/O才能使用。但這需要大約2,000個銅引腳，它們聚在一起的功率大約為100瓦。這聽起來很有問題，因為這個功耗不是芯片的，而只是I/O引腳。

而融合了光通信和半導(dǎo)體的硅光子學(xué)，則被廣泛視為芯片級I/O的解決方案，這也是英特爾，IBM，HPE，富士通和其他公司多年來一直致力于追求的技術(shù)，但是經(jīng)濟高效的解決方案在過去的多年里一直難以實現(xiàn)，主要是因為這些設(shè)備往往采用外來化合物構(gòu)建，并依賴于特殊的半導(dǎo)體制造技術(shù)。這對于長距離光纖通信來說很好，但對于短距離電光學(xué)，成本需要與服務(wù)器和芯片定價保持一致，這就是難點所在。這也是Ayar能從競爭中脫穎而出的地方。

該創(chuàng)業(yè)公司已設(shè)法使用標準CMOS工藝（與用于蝕刻商用微處理器上的集成電路的制造技術(shù)相同）構(gòu)建其器件，且不需要是一個前沿的流程節(jié)點。Ayar方面透露，其推出的第一個TeraPHY芯片將使用GlobalFoundaries的45納米CMOSSOI工藝，與IBM公司內(nèi)部生產(chǎn)blueGene/Q處理器用到的工藝相同。因此，該公司顯然已經(jīng)克服了困擾其他電光解決方案的主要問題——成本障礙。

Ayar的技術(shù)源于DARPA資助的一個為期10年，耗資2000萬美元的項目，該項目吸引了來自麻省理工學(xué)院，加州大學(xué)伯克利分校和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究人員。該項目稱為光子優(yōu)化嵌入式微處理器（POEM），旨在解決處理器級別的I/O瓶頸問題。該研究小組演示了一個原型光電芯片，隨后在2015年12月發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文中對其進行了介紹。麻省理工學(xué)院的MBA畢業(yè)生Wright-Gladstein說服了研究人員MarkWade，ChenSun，RajeevRan和MilosPopovic這項技術(shù)應(yīng)該商業(yè)化，并共同創(chuàng)建了AyarLabs公司。

根據(jù)該公司的網(wǎng)站，初代的TeraPHY設(shè)備是一個1.6Tbps光收發(fā)器，每個模塊包含四個400G收發(fā)器。除了光源（由單獨的256通道激光模塊提供，稱為SuperNova）之外的所有組件都已集成到設(shè)備中。當中包括電接口，光調(diào)制器，光電探測器和密集波分復(fù)用（DWDM）波長復(fù)用器/解復(fù)用器，以及所有驅(qū)動器和控制電路。

Wright-Gladstein表示，該解決方案不僅提供了高性能的光電設(shè)備，而且還能夠在典型的長距離光收發(fā)器的1/100尺寸區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)這一目標。“由于這個100倍的尺寸差異，你現(xiàn)在正越過電氣SerDes設(shè)定的閾值，制造一個小于電氣I/O的光學(xué)I/O，”她說。

根據(jù)Wright-Gladstein的說法，放棄其他硅光子解決方案的的設(shè)計則需要一些額外的修補。他承認，芯片可能有點“挑剔”。但是，如果你將器件與高性能晶體管集成在一起，你可以非?？煽康厥褂眠@些晶體管來操作TeraPHY，她強調(diào)。

TeraPHY采用“chiplet”的形式設(shè)計，旨在集成到多芯片模塊中去，這種模塊在高端處理器封裝中變得越來越普遍。TeraPHY的TapeOut將于本季度末（2019年第一季度）完成，而Ayar硅技術(shù)合作伙伴的首批集成產(chǎn)品將于2020年上市。

盡管最近我們與Wright-Gladstein和Ayar首席執(zhí)行官CharlieWuischpard進行了對話，但這些合作伙伴的身份仍然是一個謎。不過他們表示，他們的第一個商業(yè)產(chǎn)品最初將出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心交換機中。這很有意義，因為TeraPHY本質(zhì)上是一個光學(xué)收發(fā)器，而交換機供應(yīng)商已經(jīng)熟悉了它們在盒子中的集成。

往大處看，TeraPHY還可以被集成到用于數(shù)據(jù)中心任務(wù)的CPU，GPU，F(xiàn)GPA，定制ASIC以及DIMM等各種多芯片封裝中。光通信不僅可以大大加快芯片到芯片和芯片到存儲器的數(shù)據(jù)傳輸速度，而且還可以實現(xiàn)服務(wù)器處理器，內(nèi)存和本地存儲的分解，從而為更高效，更靈活的設(shè)計鋪平道路?！拔覀僛打算]做的是讓世界各地的英特爾，AMD，Nvidias，HPE和Crays基于這項技術(shù)建立新的架構(gòu)，”Wuischpard解釋道。

Ayar的主要客戶群，至少在最初階段，將主要是高性能計算機和超大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心的所有者。這些客戶對帶寬的需求最為貪得無厭，對控制電源使用的過分關(guān)注以及對光通信技術(shù)的充分理解。這使他們成為這些第一代硅光子產(chǎn)品的良好匹配。Ayar認為其目標市場將高達290億美元。

此外，該公司正在關(guān)注包括自動駕駛汽車，物聯(lián)網(wǎng)和各種移動設(shè)備在內(nèi)的其他應(yīng)用領(lǐng)域，我們希望讓所有芯片都通過光進行通信，”Wright-Gladstein說。

理想情況下，Ayar能夠?qū)⑵洚a(chǎn)品銷售給多個芯片和系統(tǒng)供應(yīng)商，但如果該技術(shù)的能力只有Ayar的一半，那么該公司將在不久之后被收購。雖然幾乎任何服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)，存儲或電信供應(yīng)商都可以從擁有自己的硅光子IP中受益，但最大的獲益者將會是像英特爾和AMD這樣的芯片制造商。

如果TeraPHY芯片的使用效果正如他們所說，那么它們可以大大提高數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品的功能、英特爾的Xeon處理器、Stratix和ArriaFPGA，以及AMD的EPYC處理器和RadeonGPU。異構(gòu)封裝（CPU-FPGA和CPU-GPU）會是這個芯片的應(yīng)用方向。

考慮到AMD對其EPYC產(chǎn)品線中chiplet封裝概念的熱情，以及相對于其主導(dǎo)競爭對手（英特爾和Nvidia）而言，它需要為其數(shù)據(jù)中心芯片提供更強的差異化，它可能是這家光學(xué)I/O芯片公司的理想買家。與此同時，英特爾也有自己的硅光子計劃，因此可能不愿加入競爭技術(shù)。

隨著今年晚些時候TeraPHY芯片的供樣和2020年的商業(yè)部署即將到來，未來幾年可能會證明Ayar是否有收購價值，無論是整個公司還是其產(chǎn)品。

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