GlobalFoundries：高性能计算中电光互连的关键技术突破与发展趋势

一、HPC光互连技术的演进背景

      高性能计算（HPC）模块的数据带宽需求正推动电信号向光信号的转换变革。基于欧洲处理器计划（EPI）与Occamy项目的技术积累，GlobalFoundries联合弗劳恩霍夫IZM研究所、苏黎世联邦理工学院，在纯电HPC系统模块的基础上，开发下一代45SPCLO硅光子（SiPh）互连技术，旨在解决未来数据中心在带宽扩展、制造规模化及功率效率方面的核心挑战。

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       Occamy项目采用12nm FINFET工艺制造的计算chiplet与高带宽内存（HBM2e）模块通过2.5D硅中介层(GF 65PKG)实现电连接，中介层集成4μm线宽的重分布层（RDL）与硅通孔（TSV），微凸点焊料间距为35um。

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      与之对比，NVIDIA最新Blackwell AI模块则是包含两个full reticle尺寸的3nm GPU，通过10TB/s带宽的NV-HBI接口连接8个HBM3e内存芯片。

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二、45SPCLO硅光子平台的核心技术架构

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      GlobalFoundries开发的45SPCLO技术作为高性能电光互连平台，实现了光子学器件与RF CMOS的单片集成。其关键组件包括：

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◆ 低损耗光耦合

      自对准氮化硅（SiN）端面耦合器实现TE/TM模式插入损耗<0.6/0.8 dB，配合SiN波导支持>520mW高功率传输，解决了传统光耦合的能量损耗问题；

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◆ 高速光电器件

      Ge光电探测器（PD）与微环调制器（MRM）带宽突破65GHz(3.5dB ER，rOMA 4.4dB)，满足112 Gb/s以上高速信号调制需求；

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◆ 先进封装互连

      V型槽结构实现单模光纤无源自对准，利用GF Fotonix™（45SPCLO）平台端面耦合光解决方案的高效SiPh系统案例包括Ayar Labs的CMOS光I/O chiplet（TeraPHY），其通过24光纤V型槽阵列实现1 Tb/s波分复用（WDM）光I/O chiplet；以及Luminous Computing用于112 Gb/s光通信的首款CMOS-SiPh单片发射器和接收器。

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三、光互连技术的当前挑战与未来趋势

       当前光互连的光耦合解决方案在管理光纤阵列时面临一些挑战，随着光纤数量的增加、光纤尺寸的减小，以及将系统和功能集成到本文开头所述的最先进HPC模块中的需求不断增长，这些挑战愈发显著。

      对于光耦合器而言，可拆卸光纤解决方案通过晶圆级标准倒装芯片组装来管理模块内的光纤连接，这一方案正变得极具吸引力。为此，GF看到新兴的趋势是采用两件式可拆卸玻璃解决方案：要么作为无源对准的可插拔方案安装到边缘耦合器中（如Ayar Labs的V型槽插入结构），要么作为表面耦合的微光学元件附着在结构中。

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      下一代HPC光电子系统将融合支持毫米波的RDL、MEMS类型的光耦合结构与高速TSV，形成“光-电-封装”协同设计范式。GlobalFoundries的Fotonix™平台已通过该架构实现电-光互连的能效突破，为Exascale超算与AI集群的带宽升级提供了可规模化路径。(补充：原文出处及标题见评论区)

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