纪要涉及的行业和公司 - 行业：半导体、光学互连、人工智能、高性能计算 - 公司：Foxconn、Nvidia、Avicena、HyperLume、Epistar、Ayar Labs、Samsung、Micron、Intel Capital 纪要提到的核心观点和论据 核心观点 - 微LED光互连技术是下一代短距离芯片间通信的关键突破技术，具有高带宽、低功耗、高空间密度和与CMOS工艺强兼容性等优势，有望成为未来AI/HPC系统封装中最具颠覆性的短距离通信选项 [3][13][15] - 微LED光互连技术在现有原型、关键企业和研究机构推动、与其他光学技术对比、与标准小芯片接口兼容性以及性能扩展和采用等方面具有显著特点和潜力 [14][15][16] 论据 1. 现有原型和解决方案 - Avicena LightBundle：开发了世界上最小的1 Tbps光收发器，在2023年超级计算大会上展示了304通道并行LED光链路，每通道3.3 Gbps，总数据速率达1 Tbps；采用16nm CMOS工艺，集成GaN蓝色微LED阵列和硅光电二极管阵列；带宽密度超1 Tbps/mm，能效约1 pJ/bit，传输距离超10米 [19][20] - HyperLume Active Optical Cables (AOC)：获得1250万美元种子资金，专注于机架级微LED光互连；初始产品支持每电缆1.6 Tbps，可扩展至3.2 Tbps；固定传输延迟约4纳秒，能效接近1 pJ/bit，传输距离达30米 [24] - 其他研究原型：学术机构开发了多种微LED光互连原型，如在OFC和CLEO上展示的多通道链路，每通道2 Gbps，32通道总能效达0.7 pJ/bit；单微LED通道在均衡下可达13.2 Gbps；紫外光谱微LED阵列在自由空间10米传输达10 Gbps [25] 2. 关键公司和研究机构 - Avicena：开发LightBundle芯片let互连平台，兼容UCIe和BOW，适用于CPO、OBO和可插拔光模块；2022 - 2024年展示多个技术里程碑，获三星和镁光战略支持；收购GaN微LED晶圆厂，实现全栈控制 [32] - HyperLume：专注于服务器机架内短距离微LED光互连，获英特尔资本等1250万美元种子资金；开发模块化有源光缆，第一代产品支持1.6 - 3.2 Tbps，固定延迟约4 ns，能耗约1 pJ/bit，传输距离达30米 [33][34] - 其他：Epistar开始与客户讨论短距离微LED光链路解决方案；Ayar Labs开发基于硅调制器和外部激光源的芯片级光互连；北卡罗来纳州立大学研究微LED器件热鲁棒性；OFC和CLEO会议上关于微LED光互连的论文增多 [35] 3. 与其他光学技术对比 - 架构和光源：微LED光互连使用大量微GaN LED阵列作为光源，垂直耦合到多芯光纤束传输，无需外部激光；CPO集成激光源和硅光子调制器/引擎，通过单模光纤输出光；传统光模块是独立模块，通过SerDes连接到ASIC [37] - 带宽和I/O密度：微LED光互连通过并行通道提供超高总带宽，边缘接口密度>10 Tbps/mm，目标25 Tbps/mm；CPO使用高速串行通道，带宽扩展依赖提高单通道数据速率；传统光模块受ASIC引脚数量和模块尺寸限制，典型模块带宽约400G [37] - 每比特能量：微LED光互连每比特能量极低，约1 pJ/bit，目标低于1 pJ/bit；CPO每比特能量约3 - 5 pJ/bit；传统光模块由于SerDes和DSP能耗更高 [37] - 传输距离：微LED光互连设计用于短距离机架级连接，传输距离10 - 30米；CPO使用单模光纤支持数百米距离；传统光模块多模可达50 - 100米，单模支持500米到数公里 [37] - 延迟：微LED光互连使用NRZ等简单调制，无FEC，短距离传输超低延迟；CPO采用PAM4和FEC、DSP，编码延迟高；传统光模块高速模块需要SerDes和FEC，增加延迟 [37] - 实施复杂度：微LED光互连需要将微GaN LED大规模转移并精确对准到CMOS电路，数百个通道需与多芯光纤对准；CPO需要解决共封装散热和光对准问题，封装复杂；传统光模块技术成熟，但面临物理限制 [37] - 优势和挑战：微LED光互连具有前所未有的I/O带宽密度和能效，封装公差高降低制造成本，但需要提高微LED大规模转移良率，与现有高速I/O接口可能需要桥接芯片，距离有限且缺乏标准化生态系统；CPO通过缩短电气路径提高能效，提供适度距离，但缺乏通用标准，热复杂性和单点故障风险高，目前成本高于传统模块；传统光模块标准化、可互操作生态系统，易于系统升级，但电气接口瓶颈日益严重，难以进一步扩展带宽和降低能耗 [37] 4. 与标准小芯片接口兼容性 - 接口兼容性：Avicena的LightBundle收发器小芯片设计为直接与UCIe和BoW等宽总线、低功耗小芯片协议接口，实验验证其电气接口可支持多种协议，未来版本将支持UCIe标准 [40][41] - 用例：集成微LED光互连与标准化小芯片接口可实现GPU - GPU光互连和内存分离等新系统架构，如AI训练集群通过UCIe - 光纤链路互连GPU，增加节点间带宽；内存可通过光互连与处理器分离，实现更大、池化的内存架构 [42] - 行业采用：UCIe联盟和OIF等组织正在积极探索将光PHY集成到未来小芯片接口版本中，Open Compute Project已开始讨论相关可能性，未来“光学UCIe”或“BoW over fiber”等应用模式将更可行 [43][44] 5. 未来趋势和潜力 - 更高传输速度和带宽：随着材料和驱动电路的改进，单个微LED通道数据速率有望超过10 Gbps，单收发器芯片未来可能支持数百Tbps的总吞吐量，满足未来百亿亿次浮点运算规模AI系统和超级计算平台的需求 [45] - 持续降低能耗：微LED链路每比特能量有望进一步下降，接近理论极限0.1 - 0.5 pJ/bit，低于标准光模块，降低功耗和发热，提高系统集成密度和可靠性 [46][47] - 传输距离和应用范围：通过改进多芯光纤设计或使用有源光中继器，微LED链路传输距离可能适度扩展，其优势仍在机架级和板级互连，未来数据中心架构可能演变，跨房间芯片间通信也可纳入微LED链路 [48] - 标准化和生态系统发展：未来几年可能出现光小芯片互连的新兴规范，UCIe可能引入光扩展，OIF可能创建新协议；LED芯片制造商、硅代工厂和光纤连接器供应商将发挥关键作用，推动微LED互连成本降低、可靠性提高和可扩展性增强 [49][50] - 颠覆性潜力和新架构：微LED互连商业成熟后，将推动计算系统设计的根本转变，如内存池化和可组合计算成为现实，多芯片模块设计将演变，在高性能计算中可形成低延迟光网状网络 [51] 其他重要但是可能被忽略的内容 - 富士康研究院在硅光子论坛上强调了使用微LED阵列进行芯片间光通信的概念，并强调了该技术与封装平台灵活集成的潜力 [6] - 国立阳明交通大学的教授对高速光电器件和阵列级封装进行了长期研究，探索微LED互连在短距离数据中心应用中的系统级优化 [6] - SemiVision研究团队将继续监测微LED光互连技术的进展，包括材料、芯片设计和生态系统发展 [7]