Marvell硅基光電子及異質集成技術的創新突破：面向人工智能應用的光引擎

  摘要

  Marvell公司最近發布了其最新的硅基光電子平臺，該平臺將數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展軌跡。

  簡介

  在 2023 年行業分析師日上，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是開創性的100G ZR互連解決方案，現已廣泛部署于微軟的數據中心。這項經過現場驗證的技術為后續產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字信號處理技術在單通道上實現800G傳輸。根據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據傳輸需求。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，但有助于在整個數據中心實現即將到來的帶寬擴展浪潮和更強大的協同封裝光學器件。隨著行業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/