Marvell硅基光電子及異質(zhì)集成技術(shù)的創(chuàng)新突破：面向人工智能應(yīng)用的光引擎

  摘要

  Marvell公司最近發(fā)布了其最新的硅基光電子平臺(tái)，該平臺(tái)將數(shù)百個(gè)組件集成到一個(gè)用于人工智能應(yīng)用的光引擎中。該光引擎利用了Marvell收購的Inphi公司的技術(shù)，并以其前幾代COLORZ光學(xué)模塊為基礎(chǔ)。有望實(shí)現(xiàn)每通道 200G 的性能，每比特能效低于 10 皮焦耳。本摘要分析了該光引擎的性能、應(yīng)用以及 Marvell 硅基光電子技術(shù)的發(fā)展軌跡。

  簡介

  在 2023 年行業(yè)分析師日上，Marvell 展示了其在封裝硅基光電子技術(shù)方面取得的進(jìn)展，以提高未來處理器的 I/O 容量和覆蓋范圍。這在很大程度上依賴于其收購的 Inphi 公司的技術(shù)，該公司專注于高速光學(xué)領(lǐng)域。Marvell展示了專為人工智能工作負(fù)載定制的下一代硅基光電子光引擎。該引擎具有每通道200G的性能和破紀(jì)錄的能效，彰顯了Marvell在光子技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

圖 1. Marvell人工智能硅基光電子引擎

  COLORZ 產(chǎn)品演進(jìn)

  Marvell 最新光引擎的關(guān)鍵組成部分是源自 Inphi 的 COLORZ 系列光模塊。COLORZ 100是開創(chuàng)性的100G ZR互連解決方案，現(xiàn)已廣泛部署于微軟的數(shù)據(jù)中心。這項(xiàng)經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證的技術(shù)為后續(xù)產(chǎn)品的提速開拓了路線。COLORZ 400的運(yùn)行速度為400G，而COLORZ 800則利用800G硅基光電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在單通道上實(shí)現(xiàn)800G傳輸。根據(jù)Marvell的技術(shù)路線圖，通過進(jìn)一步增強(qiáng)硅光子技術(shù)，可將COLORZ的總帶寬擴(kuò)展到3.2T，共16條信道。

圖 2. Marvell的硅基光電子COLORZ 100 至 COLORZ 800

圖 3. Marvell的3.2T硅基光電子光引擎

  硅基光電子光引擎概述

  Marvell 專門針對(duì)人工智能工作負(fù)載設(shè)計(jì)了新型硅基光電子光引擎。將包括激光器在內(nèi)的數(shù)百個(gè)組件直接集成到封裝中，從而提高了可靠性。該引擎的帶寬和效率在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位，傳輸速度超過1 Tbps，每比特耗電不到10微焦耳。這些性能部分依靠硅通孔來連接封裝中堆疊的元件。Marvell將以輕型引擎的形式銷售該產(chǎn)品，合作伙伴可以將其集成到光模塊中，或與處理器和交換機(jī)共同封裝。

圖 4.硅基光電子光引擎

圖 5.硅基光電子光電共封裝(CPO)示例

  光引擎應(yīng)用

  Marvell 的光引擎具有極高的帶寬和效率，非常適合人工智能應(yīng)用的高計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸需求。其設(shè)計(jì)既可作為獨(dú)立光學(xué)模塊的組件，也可通過共封裝光學(xué)(co-packaging optics)器件集成到更大的芯片封裝中，從而實(shí)現(xiàn)靈活部署。作為光引擎，可以為 800G 插拔式等下一代模塊提供動(dòng)力。作為一種共封裝解決方案，它使設(shè)備能夠消除驅(qū)動(dòng)非封裝信號(hào)的低效率。例如，交換機(jī)可以嵌入這些引擎，直接與輸入光學(xué)器件連接，而無需 PCB 線路。

  結(jié)論

  Marvell的新型硅基光電子光引擎充分利用了Marvell通過收購Inphi獲得的豐富專業(yè)以及自身的芯片設(shè)計(jì)能力。該引擎集成了關(guān)鍵的光學(xué)元件，在吞吐量和效率方面實(shí)現(xiàn)了新的里程碑，彰顯了Marvell在硅基光電子領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。雖然最初的目標(biāo)是人工智能，但有助于在整個(gè)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)即將到來的帶寬擴(kuò)展浪潮和更強(qiáng)大的協(xié)同封裝光學(xué)器件。隨著行業(yè)推動(dòng)連接速度的加快和封裝的增加，Marvell憑借該平臺(tái)可以為未來系統(tǒng)提供光子引擎。

  參考資料

  https://www.servethehome.com/marvell-silicon-photonics-light-engine-for-ai-marvell-analyst-day-2023/