Advertentie
Chips maken al jaren gebruik van koper om data te versturen. Fabrikanten zoals Intel doen echter al jaren onderzoek naar het gebruik van fotonica om via glasvezel te communiceren tussen chips. Dat moet de efficiëntie verhogen en tegelijkertijd de latentie verlagen. Ook de signaalintegriteit en schaalbaarheid zijn gunstiger. TSMC besteedt om deze redenen veel aandacht aan de zogenaamde silicon photonics.
Volgens de Taiwanese chipbakker hebben bestaande koperen verbindingen een overdrachtsefficiëntie van meer dan 30 picojoule per bit. De eerste stap in het integratieproces van fotonica omvat het gebruik van een Optical Engine, die via het pcb (zoals het moederbord) verbindt met de chip. Hoewel de latentie in dit geval identiek zou zijn als bij het gebruik van koper, moet het volgens TSMC mogelijk zijn om het energieverbruik terug te drijven tot meer dan 10 pJ per bit.
De technologie biedt echter veel meer potentieel. Zo moet het mogelijk zijn de Optical Engine te integreren op het substraat, wat het energieverbruik moet terugdringen tot meer dan 5 pJ/bit. Vooral de latentie zou er aanzienlijk op vooruitgaan, met minder dan een tiende ten opzichte van bestaande implementaties. De volgende stap is het samenvoegen van de Optical Engine en rekenkracht op interposerniveau, waarbij ze tegen elkaar komen te liggen. TSMC spreekt in dat geval van meer dan 2 pJ/bit en minder dan 5% van de latentie van koper.
Optische verbindingen bieden allerlei voordelen, maar kampen momenteel ook met aanzienlijke nadelen. De integratie van laserbronnen, modulatoren en fotodetectoren in of tussen chips is complex, vereist zeer nauwkeurige uitlijning en speciale productieprocessen, wat tot hogere kosten leidt. Bovendien kunnen optische componenten in sommige configuraties een hogere latentie hebben dan bestaande elektrische interconnectors en is onderhoud of foutdetectie lastiger.
Omdat optische interconnects nog niet op grote schaal voor communicatie tussen chips verkeer worden geproduceerd, blijven elektrische verbindingen voorlopig de standaard. Toch worden optische systemen steeds relevanter voor toepassingen zoals langeafstandsverbindingen in datacenters of extreem gespecialiseerde HPC-systemen. TSMC wil zijn partners daarom tijdig voorbereiden en de benodigde technologieën aanbieden of gezamenlijk ontwikkelen.