幾年前，Lightmatter 通過(guò)展示人工智能加速器 Mars 引起了轟動(dòng)，該加速器重新思考了電子計(jì)算和移動(dòng)數(shù)據(jù)的范式。他們展示了一種使用光子學(xué)進(jìn)行計(jì)算的處理器。該芯片承諾將延遲、帶寬和功率提高多個(gè)數(shù)量級(jí)。由于芯片所涉及的軟件和計(jì)算結(jié)構(gòu)的剛性，這最終沒(méi)有成功。

Lightmatter 已經(jīng)創(chuàng)建了名為 Envise 的第二代 AI 計(jì)算產(chǎn)品，但這不是今天帖子的重點(diǎn)。我們想分享 Lightmatter 在他們的最新產(chǎn)品 Passage 上展示的內(nèi)容。總結(jié)就是，Lightmatter 希望通過(guò) Passage 打破高級(jí)封裝和 IO 的限制。

眾所周知，AI 和 HPC 等領(lǐng)域的問(wèn)題規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，但摩爾定律無(wú)法跟上。

因此，該行業(yè)已轉(zhuǎn)向使用chiplet來(lái)組合更大的封裝，以繼續(xù)滿足計(jì)算需求。將芯片分解成許多chiplet并超過(guò)標(biāo)線限制（光刻工具的圖案化限制的物理限制）將實(shí)現(xiàn)持續(xù)縮放，但這種范例仍然存在問(wèn)題。即使采用先進(jìn)的封裝，將數(shù)據(jù)移出芯片的電力成本也將成為限制因素。此外，即使采用最先進(jìn)的封裝形式，帶寬仍然有限。

Lightmatter 不想將硅放在硅上，而是希望通過(guò) Passage 顛覆先進(jìn)的封裝游戲。Passage 連接到光學(xué)中介層上的 48 個(gè)客戶芯片。Passage 建立在GlobalFoundries Fotonix 45CLO 工藝技術(shù)之上。它旨在以非常高的帶寬和性能連接許多芯片。這種optical interposer打破了帶寬限制，在每個(gè)tile之間提供每秒 768 太比特，并且可以以每秒 128 太比特?cái)U(kuò)展到多個(gè)interposers，這是傳統(tǒng)封裝無(wú)法達(dá)到的能力和規(guī)模水平。

幾十年來(lái)，光學(xué)一直承諾解決電氣 IO 的瓶頸。技術(shù)在這方面的進(jìn)展緩慢。Lightmatter 稱之為 Gen 1 的可插拔光學(xué)器件多年來(lái)一直用于連接數(shù)據(jù)中心內(nèi)的交換機(jī)。由于英特爾和Ayar Labs等公司，第 2 代和第 3 代光學(xué)器件（將光學(xué)器件放在同一個(gè)封裝上或直接連接）開(kāi)始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和計(jì)算領(lǐng)域。Lightmatter 想通過(guò) Passage 直接跳到第 4 代和第 5 代。

英特爾和 Ayar Labs 等標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合封裝光學(xué)器件的規(guī)模比 Lightmatter 使用的光學(xué)中介層解決方案低一個(gè)數(shù)量級(jí)。其互連密度高出 40 倍，因?yàn)閱蝹€(gè)芯片中只能插入大約 200 根光纖。此外，互連是完全靜態(tài)的，而 Passage 具有可動(dòng)態(tài)配置的結(jié)構(gòu)。

這種光中介層可以在芯片之間進(jìn)行交換和路由。整個(gè)互連可以在 1ms 內(nèi)重新配置。

Lightmatter 表示，他們可以支持所有拓?fù)?，例?all to all、1D ring、Torus、Spine 和 Leaf 等等。Passage 的交換和路由在 48 芯片陣列上的任何芯片與任何其他芯片之間的最大延遲為 2ns。

切換是通過(guò)使用環(huán)形諧振器調(diào)制顏色并使用馬赫-曾德干涉儀來(lái)引導(dǎo)它們來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

Lightmatter 的光子晶圓級(jí)中介層具有 A0 硅，并聲稱每個(gè)站點(diǎn)使用的功率不到 50 瓦。每個(gè)站點(diǎn)有 8 個(gè)混合激光器驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)通道；每個(gè)通道運(yùn)行 32Gbps NRZ。

Lightmatter 的晶圓級(jí)硅光子芯片主要采用硅基制造技術(shù)；它有許多相同的限制。即光刻工具的標(biāo)線限制。GlobalFoundries 和 Lightmatter 通過(guò)縫合波導(dǎo)解決了這個(gè)問(wèn)題。納米光子波導(dǎo)的光罩間連接在每個(gè)光罩交叉處僅具有 0.004 dB 的損耗。波導(dǎo)損耗為 0.5 dB/cm，每個(gè) Mach-Zehnder 干涉儀損耗為 0.08 dB。每次交叉也有 0.028 dB 的損耗。

Lightmatter 表示，借助 UCIe，他們可以運(yùn)行最高規(guī)格的 32Gbps chiplet到中介層互連。如果使用直接 SERDES，他們相信它們可以以 112G 的速度運(yùn)行?？蛻?ASIC 被 3D 封裝在中介層之上。然后 OSAT 將組裝這個(gè)最終產(chǎn)品。它可以有多種變體，從 48 個(gè)芯片到只有 8 個(gè)芯片的更小的interposer。passage封裝還必須為封裝在頂部的芯片供電。它通過(guò)使用 TSV 為每個(gè)tile提供高達(dá) 700W 的功率來(lái)做到這一點(diǎn)。在這個(gè)功率級(jí)別需要水冷，但如果客戶 ASIC 消耗較少，他們可以使用空氣冷卻。

請(qǐng)注意，聲稱的 768Tbps 似乎在很大程度上被浪費(fèi)了。它們的功能似乎允許它們將一個(gè)輸入耦合到一個(gè)輸出。這使得大部分互連空閑。為了讓他們找出不沖突的途徑，這將是必要的。這些路徑是被動(dòng)的，在不使用時(shí)幾乎不會(huì)浪費(fèi)電力。MZI 元素向左或向右。沒(méi)有混合（blending），沒(méi)有多播（multicasting）。一進(jìn)一出。

Lightmatter 還舉了一個(gè)分解內(nèi)存設(shè)計(jì)和多租戶架構(gòu)的例子。他們開(kāi)始他們的 interposer可以支持任何協(xié)議，包括 CXL。interposer頂部的客戶 ASIC 可以通過(guò)重新配置網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)氣隙，因此在特定芯片之間傳遞數(shù)據(jù)是不可能的。最大的問(wèn)題是產(chǎn)品是否會(huì)出現(xiàn)以及何時(shí)會(huì)出現(xiàn)。這可能只是vaporware，也可能是高端領(lǐng)先的分類服務(wù)器設(shè)計(jì)的未來(lái)。Lightmatter 必須吸引其他公司為這個(gè)平臺(tái)制造芯片。這些公司必須將其昂貴的開(kāi)發(fā)信任與未經(jīng)證實(shí)的合作伙伴。

審核編輯 ：李倩