TSMC와 NVIDIA, 실리콘 포토닉스 기술로 AI의 미래를 개척하다

PIC 및 EIC 통합, 광학 패키징 및 TSMC의 고대역폭 솔루션의 주요 기술적 과제 및 발전 사항 해결

 

NVIDIA는 미국에서 열린 IEDM 2024 Global Semiconductor Leadership Conference에서 AI GPU 기술을 선보이며, 중장기적으로 실리콘 포토닉스 기술이 AI 데이터 센터 내 칩 간 연결에 상당한 이점을 제공할 수 있다고 강조했습니다. 이 성명은 반도체 산업에서 상당한 주목을 받았으며, AI 기술 발전을 주도하는 실리콘 포토닉스의 잠재력을 강조했습니다.

 

실리콘 포토닉스(SiPh)는 인터넷 트래픽의 폭발적 증가와 더 높은 속도와 더 낮은 전력 소비에 대한 데이터 센터의 수요 증가로 인해 필수적이 되고 있습니다. SiPh가 필요한 이유는 다음과 같습니다.

1. 고속 데이터 전송 : 기존의 구리 기반 시스템은 속도와 도달 범위 측면에서 한계가 있습니다. SiPh는 특히 데이터 센터에서 증가하는 데이터 요구 사항을 지원할 수 있는 고속 광 통신을 허용합니다.

낮은 전력 소비 : SiPh는 기존 전기 상호 연결에 비해 에너지 효율성이 높아 대규모 데이터 센터에서 점차 커지는 에너지 사용에 대한 우려를 해소합니다.

1. 확장성 : TSMC가 제안한 COUPE(Compact Universal Photonic Engine)는 성능, 전력, 비용 측면에서 광범위한 응용 분야에 적합한 확장 가능한 솔루션을 구현할 수 있습니다.
2. 거리 제한 극복 : 광 기술은 도달 범위와 대역폭 측면에서 구리보다 상당히 뛰어납니다. SiPh는 단거리 상호 연결(예: 온칩 및 온보드)과 장거리 애플리케이션(예: 데이터 센터 간) 간의 격차를 메우는 데 이상적입니다.
3. 미래 대역폭 수요 충족 : 대역폭은 2년마다 두 배로 늘어나기 때문에 SiPh는 이러한 기하급수적 성장에 발맞춰 400G, 800G, 1.6T 이상과 같은 기술을 구현하는 데 필수적입니다.

실리콘 포토닉스(SiPh)는 포토닉스(PIC)와 CMOS 전자 기술(EIC)을 통합한 첨단 기술입니다. 핵심 개념은 실리콘을 광 신호 전송 및 처리를 위한 플랫폼으로 활용하여 고속 및 저전력 광 통신 및 신호 처리를 가능하게 하는 것입니다.

실리콘 포토닉스는 고속 전송 및 고대역폭 조건이 필요한 애플리케이션을 위해 특별히 설계되었습니다. 기존 광 모듈 분야에서 400G 및 800G와 같은 기술은 현재 실리콘 포토닉스를 사용하지 않습니다. 그러나 1.6T 수준에서는 실리콘 포토닉스 사용이 필요하게 됩니다. 현재 PIC 칩을 생산할 수 있는 제조업체는 지리적으로 분류할 수 있습니다. 미국에서는 Intel과 GlobalFoundries가 선두를 달리고 있으며 대만에서는 TSMC와 UMC가 주요 업체입니다.

우리는 TSMC의 실리콘 포토닉스 로드맵을 가장 명확하게 이해하고 있습니다. 이 다이어그램은 TSMC가 현재 자사의 광 엔진 플랫폼을 COUPE(Compact Universal Photonic Engine) 라고 부른다는 것을 명확히 보여줍니다 . 이 플랫폼의 주요 목적은 하이브리드 본딩, PIC와 EIC를 함께 쌓아 광 엔진을 형성하는 것과 같은 첨단 패키징 기술을 통해 반도체 파운드리에서 생산된 PIC(Photonic Integrated Circuit) 칩과 EIC(Electronic Integrated Circuit) 칩을 통합하는 것입니다.

광 엔진의 적용 분야는 광범위합니다. TSMC의 현재 로드맵은 1.6Tbps 대역폭의 플러그형 광 모듈에서 사용할 것을 예상합니다. 이 1.6T 광 엔진(OE)은 PIC와 EIC 구성 요소로 구성되어 있습니다. TSMC는 앞으로 6.4Tbps와 12.8Tbps 대역폭의 OE 솔루션도 계획했습니다.

광통신 산업에서 대역폭은 일반적으로 2년마다 두 배로 증가합니다. 예를 들어, 400G는 800G로 업그레이드되고, 800G는 1.6T로, 1.6T는 3.2T로, 마지막으로 3.2T는 6.4T로 업그레이드됩니다. 주목할 점은 TSMC가 3.2T OE 설계 단계를 건너뛰고 1.6T에서 6.4T로 직접 업그레이드할 계획이라는 것입니다. 이 업그레이드의 세부 사항은 나중에 더 자세히 논의할 수 있습니다.