9月9日,深圳光博会现场,上千家展商围绕芯片速率与光引擎尺寸展开竞争,但聚集人数最多的展台属于成立仅两年的光联芯科。该公司展出的核心产品并非芯片,而是一台名为ZW1000的硅光无掩膜可编程光刻机。光联芯科今年8月刚以超10亿美元估值完成A+轮融资,成为光互连赛道首家独角兽企业(公司口径)。需要指出的是,下文涉及的良率、精度与成本数据主要来自公司披露及展台物料,目前尚无独立第三方验证。
ZW1000瞄准的是微环调制器制造中的良率瓶颈。微环调制器被视为下一代数据中心光互连的主要候选路线,同等面积下通道密度远高于传统方案,功耗更低,Ayar Labs、英伟达等厂商近两年均向该路线收敛。其核心难题在于谐振波长对制造公差极度敏感,波导偏差数纳米即导致波长偏离标准通道网格,而数纳米仅为头发丝直径的几万分之一。南安普顿大学光电研究中心主任Graham Reed今年在专访中表示,这类制造偏差在最先进的12英寸晶圆厂中同样存在,属于工艺物理的固有问题。
良率问题按复利效应放大。单个微环良率达到99%看似理想,但一颗芯片集成一百个微环时,全合格概率为0.99的100次方,约37%;集成数百环的芯片,全通道命中率趋近于零。行业统计口径下,复杂硅光芯片的晶圆级良率常低于六成;传统代工模式下,微环芯片依赖流片后被动筛选出货,良率常不足10%。光联芯科CEO陈超称,一颗合格光互连模组分摊的制造成本可达单颗高端GPU裸芯片的相当比重(公司口径)。互连模组成本超过GPU本体,将使该商业模式难以成立。
ZW1000的技术思路是绕开制造环节的完美主义。在晶圆出厂前,通过无掩膜高速投影定位每个微环的坐标,再以激光退火微调硅材料折射率,将偏离的波长修正回通道网格。公司称修调误差控制在10皮米以内,单片刻检测、修调、校验全流程耗时5小时,修后良率从不足10%提升至99%(公司口径)。展台展示了修调前后的对比物料,修调前整片晶圆可用通道仅为零头,修调后接近全部启用。但目前尚无客户产线数据支撑上述指标。
在互联需求侧,中国工程院外籍院士常瑞华于8月18日在深圳创新发展研究院第20期院士报告厅演讲中直接点名华为。她指出,昇腾384超节点已将数百颗AI加速器组成统一计算系统,其中大规模使用高速光互联;今年7月公开亮相的Atlas 950 SuperPoD为1024卡集群。常瑞华强调,关键不在于具体数字是384还是1024,而在于这一数字背后的趋势仍将持续增长,处理器数量越多,对互联的要求越高。但需说明其身份背景:常瑞华2019年在深圳创办博升光电,主业为高速VCSEL光引擎,累计出货超600万颗,NPO/CPO光引擎目前仍以样品验证和工程开发为主,尚未大规模量产(公司口径)。作为VCSEL路线的主张者,她将CPO的良率、封装、散热与维修性列为命门,这一表态本身即说明出厂修调环节的独立价值。
需求侧瓶颈已体现在华为的机柜设计中。SemiAnalysis对CloudMatrix 384的拆解显示,该系统将384颗昇腾910C与192颗鲲鹏CPU装入16个机柜,使用6912颗400G硅光模块和3168根光纤,平均每颗NPU配14个400G模块,传统架构中该比例约为1比4,光模块总量约为芯片数的18倍。徐直军此前曾表示,AI算力不等于芯片性能。按光模块公开单价粗算,单套CM384仅光互连一项成本约1500万至1700万元。今年7月世界人工智能大会展出的Atlas 950超节点方向已变,LightCounting现场盘点与瑞银拆解均显示,这是全球首个采用LPO的超节点,1024卡SuperPoD使用4096颗800G LPO,平均每颗NPU摊4个模块,较CM384时代下降一半。集群规模仍在指数级放大,按华为路线,今年四季度上线的Atlas 950 SuperCluster将互连超过52万颗芯片,但单颗芯片摊到的光模块数量在下降,下降动力来自LPO等光电协同设计以及提升良率的装备。
海外与中国在微环良率问题上各有一本账。英伟达CPO光引擎的核心即为微环调制器,计划2025年GTC演示、2026年量产,解法为逐环出厂校准、运行时热控与DSP补偿三件套,并与台积电深度绑定,成本摊在服役期。中国路径则强调出厂前修调到位,之后仅需少量能量维持。Reed曾计算能耗账,热控需先消耗大量能量将波长拉回再持续稳住,出厂修调则一次付清。需指出Reed与光联芯科存在师生关系,其立场需审慎看待,但能耗机制本身属于公开物理。Ayar Labs的“标准CMOS工艺可制造”与“海外良率不足10%”两个说法并不矛盾,造得出来与造得起是两回事。良率代价究竟记在服役的每一天还是出厂前的那一次,哪条路更便宜尚无定论。
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