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

  摘要

  Marvell公司最近發(fā)布了其最新的硅基光電子平臺，該平臺將數(shù)百個組件集成到一個用于人工智能應用的光引擎中。該光引擎利用了Marvell收購的Inphi公司的技術，并以其前幾代COLORZ光學模塊為基礎。有望實現(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、應用以及 Marvell 硅基光電子技術的發(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方面取得的進展，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，該公司專注于高速光學領域。Marvell展示了專為人工智能工作負載定制的下一代硅基光電子光引擎。該引擎具有每通道200G的性能和破紀錄的能效，彰顯了Marvell在光子技術領域的領先地位。

圖 1. Marvell人工智能硅基光電子引擎

  COLORZ 產(chǎn)品演進

  Marvell 最新光引擎的關鍵組成部分是源自 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。這項經(jīng)過現(xiàn)場驗證的技術為后續(xù)產(chǎn)品的提速開拓了路線。COLORZ 400的運行速度為400G，而COLORZ 800則利用800G硅基光電子技術和數(shù)字信號處理技術在單通道上實現(xiàn)800G傳輸。根據(jù)Marvell的技術路線圖，通過進一步增強硅光子技術，可將COLORZ的總帶寬擴展到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 專門針對人工智能工作負載設計了新型硅基光電子光引擎。將包括激光器在內的數(shù)百個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用的高計算和數(shù)據(jù)傳輸需求。其設計既可作為獨立光學模塊的組件，也可通過共封裝光學(co-packaging optics)器件集成到更大的芯片封裝中，從而實現(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力。作為一種共封裝解決方案，它使設備能夠消除驅動非封裝信號的低效率。例如，交換機可以嵌入這些引擎，直接與輸入光學器件連接，而無需 PCB 線路。

  結論

  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)以及自身的芯片設計能力。該引擎集成了關鍵的光學元件，在吞吐量和效率方面實現(xiàn)了新的里程碑，彰顯了Marvell在硅基光電子領域的領先地位。雖然最初的目標是人工智能，但有助于在整個數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)即將到來的帶寬擴展浪潮和更強大的協(xié)同封裝光學器件。隨著行業(yè)推動連接速度的加快和封裝的增加，Marvell憑借該平臺可以為未來系統(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/