TSMC chuẩn bị công nghệ quang tử silicon thế hệ tiếp theo cho AI

Mục tiêu của họ là đưa công nghệ này vào sản xuất trong vòng ba đến năm năm tới.Những nỗ lực của họ diễn ra trong bối cảnh toàn ngành bán dẫn đang nỗ lực giải quyết nhu cầu năng lượng lớn và tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn cần thiết cho sự bùng nổ điện toán AI. Quang tử silicon, kết hợp chip silicon với công nghệ quang học, hứa hẹn sẽ cải thiện cả hai mặt trận này.

Ông K.C. Hsu, Phó Chủ tịch bộ phận kết nối và đóng gói tích hợp tại TSMC, cho biết thị trường quang tử silicon còn non trẻ nhưng sẽ tăng trưởng với tốc độ gộp hàng năm là 40% từ năm 2023, đạt 500 triệu USD vào năm 2028. Ông Hsu đã phát biểu tại một diễn đàn công nghệ vào ngày 3/9 tại hội chợ thương mại SEMICON Đài Loan. Ông Hsu cho biết: "Sự tăng trưởng này được thúc đẩy bởi nhu cầu các module tốc độ dữ liệu cao để tăng dung lượng mạng cáp quang, đặc biệt là quang học có thể cắm và kết hợp dữ liệu gói (CPO). Chúng tôi thấy CPO... thiết bị sẽ trở thành nền tảng thiết yếu cho điện toán hiệu suất cao trong vòng năm năm tới".

Thế nhưng, ông Hsu cũng thừa nhận rằng vẫn khó có thể xác định được mốc thời gian cho sản xuất hàng loạt. Ông cho biết việc thương mại hóa và sản xuất hàng loạt công nghệ tiên tiến như vậy phụ thuộc vào sự hỗ trợ và đơn đặt hàng từ khách hàng.

Quang học kết hợp dữ liệu gói (CPO) là các hệ thống quang học nhỏ được thiết kế và tích hợp trực tiếp vào một gói chip. Đây là một phương pháp tiếp cận tiên tiến và tích hợp hơn so với các giải pháp "có thể cắm" hiện tại được gắn bên ngoài vào các hệ thống máy chủ trí tuệ nhân tạo trong các tòa nhà trung tâm dữ liệu.

Ông Radha Nagarajan, Phó chủ tịch cấp cao kiêm giám đốc công nghệ về kết nối quang và đám mây tại Marvell, nói rằng việc áp dụng các thành phần CPO có thể cung cấp "tiết kiệm điện năng hơn 30%" so với các giải pháp truyền dữ liệu có thể cắm hiện tại. Ông cho biết, ông kỳ vọng các giải pháp CPO sẽ được triển khai đáng kể hơn trong vài năm tới.

Ông nói thêm rằng nút thắt cổ chai đối với việc áp dụng chủ yếu liên quan đến việc sản xuất các động cơ quang mới như vậy ở cấp độ chip và triển khai các hệ thống máy tính AI có thể chứa chúng. Điều này liên quan đến việc thiết kế lại các chip AI để bao gồm các kết nối quang học như một phần bên trong cấu trúc của chúng.

Các công ty trung tâm dữ liệu lớn như Meta và Microsoft nằm trong số những công ty ủng hộ phát triển công nghệ CPO do lợi ích của mức tiêu thụ điện năng thấp, Rachid Taibi, Tổng giám đốc bộ phận kinh doanh tại nhà cung cấp vật liệu chip Soitec cho biết.

Trong ngành bán dẫn, quang tử silicon được coi là công nghệ chính cho phép thực hiện nhiều ứng dụng, bao gồm AI, truyền dữ liệu, 6G và điện toán lượng tử. Truyền dẫn quang tiết kiệm năng lượng hơn và có độ trễ thấp hơn so với công nghệ truyền dữ liệu thông thường, những đặc điểm có thể giúp giải quyết các vấn đề về nhiệt và mức tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng với các trung tâm dữ liệu AI.

Theo ông Hsu, việc thu nhỏ công nghệ từ các giải pháp cắm ngoài xuống cấp độ đóng gói chip có thể cho phép truyền dữ liệu thậm chí còn nhanh hơn, với băng thông có khả năng tăng gấp đôi sau mỗi thế hệ tiếp theo.

Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ này sẽ đòi hỏi nhiều bên tham gia hơn trong chuỗi cung ứng để hỗ trợ ổ đĩa. Ông Hsu cho biết hệ sinh thái quang tử silicon vẫn đang ở giai đoạn đầu và cần được phát triển liên tục. Theo ông, việc xây dựng hệ sinh thái cho công nghệ này sẽ đòi hỏi sự tham gia của các công ty trong toàn bộ chuỗi cung ứng, từ những bên tham gia đầu nguồn như nhà cung cấp phần mềm thiết kế Synopsys và Cadence Design Systems và các nhà phát triển chip Nvidia và Advanced Micro Devices, cho đến các công ty hạ nguồn như nhà sản xuất máy chủ AI Foxconn và Quanta Computer.

Hơn 30 nhà cung cấp, bao gồm TSMC, Foxconn và Quanta Computer, cũng như nhà cung cấp đóng gói và thử nghiệm chip lớn nhất thế giới ASE Technology Holding và nhà cung cấp đầu nối hàng đầu Bizlink, là thành viên của liên minh mới này của ngành bán dẫn.