英特尔光学Chiplet，里程碑

展会名称：2024南昌国际半导体光电技术与显示应用博览会

          首届南昌国际半导体光电产业高质量发展论坛

时间：2024年9月27-29日

地点：南昌绿地国际博览中心

展馆详细地址：南昌市红谷难区怀玉山大道1315号

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自electropages，谢谢。

英特尔在 2024 年光纤通信大会上推出了一项突破性的光学技术——OCI 芯片组。这款创新的芯片组支持更长距离的双向数据传输，同时显著降低功耗，满足了人工智能基础设施日益增长的需求。 英特尔的 OCI 芯片组具有显著增强高性能人工智能系统的潜力，是科技行业一项有前途的进展。

与光学技术相比，传统电子通信系统面临哪些挑战，OCI 芯片如何满足 AI 应用日益增长的带宽需求，以及 这种光学计算互连的采用将如何 影响未来的 AI 基础设施可扩展性？

我们需要了解的关键事项：

1、英特尔在2024光纤通信大会上发布的OCI小芯片，支持64通道32Gbps的数据传输，大幅增强了AI基础设施的可扩展性。

2、这项创新技术集成了英特尔的硅光子学，包括片上激光器和光放大器，可提供高带宽、更低的功耗和更大的覆盖范围。

3、OCI小芯片通过满足高性能AI系统的关键需求，降低了运营成本和环境影响，促进了可持续的AI基础设施发展。

4、英特尔 OCI 芯片在单模光纤实时数据传输中表现出了强大的性能，为未来人工智能驱动的计算平台和应用铺平了道路。

随着世界继续依赖日益复杂的电子网络进行通信， 传统的电子通信系统显然 面临着阻碍其效率和可持续性的无数挑战。对铜线进行数据传输的依赖限制了带宽，导致数据传输速率降低， 难以 满足数据中心等高流量环境的需求。 此外，对铜线系统的依赖会导致更高的功耗、不断上升的运营成本和更大的环境足迹，因此有必要转向更环保的替代品。

传统电子系统带来的另一个重大障碍是其距离能力有限。信号在长距离上会显著衰减，需要中继器或额外的硬件来保持信号完整性，这是 使系统设计和可扩展性变得复杂的一个因素 。因此，这些系统 通常 在设计时考虑了特定的范围，这限制了它们在当今动态和不断发展的技术环境中的灵活性和适应性。

此外，电子系统还受到延迟和干扰问题的困扰，影响信号完整性并导致数据丢失和通信中断。 这些系统易受电磁干扰 (EMI) 的影响，这 凸显了对先进屏蔽和滤波技术的需求，以缓解这些挑战，从而增加了电子系统设计的复杂性和成本。

总体而言，传统电子通信系统的局限性对满足日益增长的高效和可持续通信技术需求构成了重大障碍。随着对高速、低延迟和长距离通信的需求不断增加，对铜线系统的依赖是不可持续的，因此有必要探索创新解决方案以优化通信的未来。

英特尔最近在 2024 年光纤通信大会上展示了其光计算互连 (OCI)芯片，这是光学行业和人工智能计算的一个重要里程碑。 这款由英特尔集成光子解决方案事业部开发的创新型共封装设备标志着 人工智能驱动基础设施的光学技术的重大 进步，为数据中心和高性能计算应用的高效、高带宽通信铺平了道路。

OCI 芯片组是一种与英特尔 CPU 共同封装的全集成光学计算互连，使用光纤支持 64 个通道，每个通道 32 Gbps 的数据传输，传输距离可达 100 米。该技术旨在满足对更高带宽、更低功耗和更大覆盖范围日益增长的需求，是英特尔 AI 计算产品组合的重要补充。

此外，OCI 芯片组的创新设计满足了人工智能基础设施对可持续技术的迫切需求。通过显著降低功耗，它不仅可以降低运营成本，还可以最大限度地减少大型数据中心对环境的影响。这与全球推动环保技术进步的努力相一致，确保人工智能的发展不会以牺牲地球为代价。

OCI 芯片组能够处理高达 4 Tbps 的双向数据传输，并兼容 PCIe Gen5 标准，集成了英特尔的硅光技术，包括片上激光器和光放大器。该芯片组能够与各种处理器（如 CPU、GPU、IPU 和其他片上系统 (SoC)）共同封装，因此成为增强 AI 计算系统效率和可扩展性的多功能解决方案。

OCI 芯片中集成了英特尔的硅光技术，也增强了 AI 系统的可靠性和耐用性。片上激光器和光放大器的使用确保了在各种操作条件下的稳健性能，从而降低了系统故障的可能性。这种可靠性对于需要一致、高速数据处理的应用至关重要，例如实时 AI 分析和大规模机器学习操作。

在 OFC 2024 演示期间，英特尔展示了两个 CPU 平台之间的实时光纤链路，展示了 OCI 芯片组在单模光纤上的高信号质量和可靠性。这次演示凸显了该芯片组面向未来的 AI 驱动计算平台的潜力，满足大型语言模型和生成式 AI 应用不断 发展的需求 。

此次演示凸显了英特尔 OCI 芯片组通过为数据密集型应用提供可扩展且高效的解决方案来改变 AI 基础设施的潜力。随着 AI 模型变得越来越复杂，对更高带宽和更快数据处理的需求将持续增长。英特尔 OCI 芯片组有望满足这些需求，提供能够适应 AI 技术不断发展的需求的面向未来的解决方案。

英特尔光计算互连芯片组代表了高速数据传输领域的重大进步，为增强 AI 基础设施的可扩展性和性能铺平了道路。通过支持 64 个通道进行高速数据传输，OCI 芯片组满足了 AI 系统对更高带宽、更低功耗和更大覆盖范围日益增长的需求，标志着 CPU 和 GPU 中 I/O 从电气 I/O 向光学 I/O 的重大转变。

OCI 芯片组采用 英特尔硅光技术，可提高带宽、能效和延迟，使其成为未来 CPU/GPU 集群连接和创新计算架构（如一致性内存扩展）的重要组成部分。OCI 芯片组的能效可促进数据中心的可持续运营，降低能源成本，并在高性能计算环境中推广环保做法。这种经济高效的光学互连方法对于下一代 AI 基础设施至关重要，可实现先进的架构和高效的系统设计。

OCI 芯片集成 到英特尔硬件中标志着计算领域的革命性变革，影响网络设计和计算模型。这项改变游戏规则的技术将重塑高性能计算和数据中心，推动人工智能创新。人工智能基础设施的未来将依赖于英特尔光学计算互连等芯片，它为高性能计算环境提供高速、节能且经济高效的解决方案。

特尔公司 在用于高速数据传输的集成光子技术方面取得了革命性的里程碑 。在 2024 年光纤通信大会 (OFC) 上，英特尔集成光子解决方案 (IPS) 集团展示了业界最先进、首款完全集成的光计算互连 (OCI) 芯片组，该芯片组与英特尔 CPU 共同封装并运行实时数据。英特尔的 OCI 芯片组通过在数据中心和高性能计算 (HPC) 应用的新兴 AI 基础设施中实现共同封装的光输入/输出 (I/O)，代表了高带宽互连的一次飞跃。

“服务器之间不断增加的数据移动给当今数据中心基础设施的功能带来了压力，当前的解决方案正在迅速接近电气 I/O 性能的实际极限。然而，英特尔的突破性成就使客户能够将共封装硅光互连解决方案无缝集成到下一代计算系统中。我们的 OCI 芯片组可提高带宽、降低功耗并扩大覆盖范围，从而实现 ML 工作负载加速，有望彻底改变高性能 AI 基础设施。”英特尔集成光子解决方案集团产品管理和战略高级总监Thomas Liljeberg说。

这款首款 OCI 芯片旨在支持 64 个通道，每个通道的数据传输速度为 32 千兆位/秒 (Gbps)，光纤长度可达 100 米，有望满足 AI 基础设施对更高带宽、更低功耗和更长传输距离日益增长的需求。它支持未来 CPU/GPU 集群连接和新型计算架构的可扩展性，包括一致的内存扩展和资源分解。

基于 AI 的应用程序在全球范围内的部署日益广泛，大型语言模型 (LLM) 和生成式 AI 的最新发展正在加速这一趋势。更大、更高效的机器学习 (ML) 模型将在满足 AI 加速工作负载的新兴需求方面发挥关键作用。未来 AI 计算平台的扩展需求正在推动 I/O 带宽和覆盖范围呈指数级增长，以支持更大的处理单元 (CPU/GPU/IPU) 集群和架构，并实现更高效的资源利用率，例如 xPU 分解和内存池化。

电气 I/O（即铜线连接）支持高带宽密度和低功耗，但仅提供约一米或更短的短距离。数据中心和早期 AI 集群中使用的可插拔光收发器模块可以增加覆盖范围，但成本和功率水平无法满足 AI 工作负载的扩展要求。同封装的 xPU 光 I/O 解决方案可以支持更高的带宽，同时提高功率效率、降低延迟并增加覆盖范围——这正是 AI/ML 基础设施扩展所需要的。

打个比方，在 CPU 和 GPU 中用光学 I/O 取代电气 I/O 来传输数据，就好比从使用马车配送货物（容量和范围有限）转变为使用汽车和卡车配送货物（可以在更长的距离上运送大量货物）。这种性能和能源成本的提高正是英特尔 OCI 芯片等光学 I/O 解决方案为 AI 扩展带来的成果。

具体到工作原理方面，据介绍，完全集成的 OCI 芯片组利用英特尔经过现场验证的 硅光子技术，将包含片上激光器和光放大器的硅光子集成电路 (PIC) 与电子 IC 集成在一起。OFC 上展示的 OCI 芯片组与英特尔 CPU 共同封装，但也可以与下一代 CPU、GPU、IPU 和其他片上系统 (SoC) 集成。

首个 OCI 实现支持高达每秒 4 兆兆位 (Tbps) 的双向数据传输，与外围组件互连高速通道 (PCIe) Gen5 兼容。实时光链路演示展示了两个 CPU 平台通过单模光纤 (SMF) 跳线之间的发射器 (Tx) 和接收器 (Rx) 连接。CPU 生成并测量了光误码率 (BER)，演示展示了单根光纤上 8 个波长间隔为 200 千兆赫 (GHz) 的 Tx 光谱，以及 32 Gbps Tx 眼图，显示了强大的信号质量。

当前的芯片组支持 64 个 32 Gbps 数据通道，每个方向可达 100 米（但由于飞行时间延迟，实际应用可能仅限于数十米），使用八对光纤，每对光纤承载八个密集波分复用 (DWDM) 波长。该共封装解决方案还具有出色的节能效果，每比特仅消耗 5 皮焦耳 (pJ)，而可插拔光收发器模块的能耗约为 15 pJ/比特。这种超高效率对于数据中心和高性能计算环境至关重要，有助于解决 AI 不可持续的功耗需求。

作为硅光子学领域的市场领导者，英特尔充分利用了英特尔实验室超过 25 年的内部研究成果，该实验室开创了集成光子学。英特尔是第一家开发并向主要云服务提供商批量交付具有业界领先可靠性的硅光子连接产品的公司。

英特尔的主要优势在于采用晶圆上激光混合技术和直接集成技术，实现了无与伦比的集成，从而提高了可靠性并降低了成本。这种独特的方法使英特尔能够在保持效率的同时提供卓越的性能。英特尔强大的高容量平台已交付超过 800 万个 PIC，其中集成了超过 3200 万个片上激光器，激光器的及时故障率 (FIT) 低于 0.1，这是一种广泛使用的可靠性衡量标准，表示故障率和发生故障的次数。

这些 PIC 封装在可插拔收发器模块中，部署在主要超大规模云服务提供商的大型数据中心网络中，用于 100、200 和 400 Gbps 应用。下一代 200G/通道 PIC 正在开发中，以支持新兴的 800 Gbps 和 1.6 Tbps 应用。

英特尔还正在实施一种新的硅光子晶圆厂工艺节点，该节点具有最先进的设备性能、更高的密度、更好的耦合和大大改善的经济性。英特尔继续在片上激光器和半导体光放大器 (SOA) 性能、成本（芯片面积减少 40% 以上）和功率（减少 15% 以上）方面取得进展。

英特尔表示，公司目前的 OCI 芯片组是一个原型。英特尔正在与特定客户合作，将 OCI 与他们的 SoC 一起封装，作为光学 I/O 解决方案。英特尔的 OCI 芯片代表着高速数据传输的一次飞跃。随着人工智能基础设施格局的发展，英特尔始终走在前列，推动创新并塑造连接的未来。

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