光I O：硅基光电子集成的新机遇.pdf

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1、国之大事？精准光子集成及系统应用教育部工程研究中心南京大学 精准光子集成与系统应用教育部工程研究中心汇报人：陈向飞 2感谢感谢各位同仁和朋友的帮助和支持！各位同仁和朋友的帮助和支持！34新中国的诞生新中国的诞生（1921-1949）国之大事？56国之大事？改革开放改革开放4040周年周年（1978-2018）2018年是中国改革开放年是中国改革开放40周年。周年。1978年年5月，一篇名为月，一篇名为实践是检验真实践是检验真理的唯一标准理的唯一标准的特约评论员文章，在的特约评论员文章，在光明日报光明日报一版一版刊发，它刊发，它掀掀起了席卷中国的真理标准大讨论，成为那支撬动改革开放的哲学杠杆起了

2、席卷中国的真理标准大讨论，成为那支撬动改革开放的哲学杠杆。该文短短该文短短六千字，激荡六千字，激荡四十年四十年，为为改革开放迈出了一大步。改革开放迈出了一大步。7一九七四年二月，寒冬，台灣，台北，懷寧街小欣欣豆漿店1953-1970s：劳动劳动力密集型力密集型大力扶持民营企业，大力扶持民营企业，提高公营企业的经提高公营企业的经济效益，出口外销济效益，出口外销1978-200 x：科技创新科技创新型型成立新竹科学园区和成立新竹科学园区和台湾工研院，主打集台湾工研院，主打集成电路芯片，成电路芯片，2000年年总产值高达总产值高达510亿美元，亿美元，继美国、日本之后为继美国、日本之后为世界第三大电

3、子信息世界第三大电子信息产品生产与出口地区产品生产与出口地区台积电台积电2022年全年实现营年全年实现营收收22638.9亿新台币（约亿新台币（约686亿美元亿美元），），同比增长同比增长42.6%；净；净利润利润1.017万亿万亿新台币（约新台币（约308亿美元）亿美元）元元，同比增长，同比增长70.4%。历史的借鉴历史的借鉴2016年销售额达到创年销售额达到创纪录的纪录的310亿美元，净亿美元，净利润利润110亿美元，利润亿美元，利润率为率为35.5%！8中国台湾的集成电路之路中国台湾的集成电路之路9数据人工智能（AI）sp:ChatGPT算力算法如何提高算力？集群计算得益于集群计算，受制

4、于芯片设计和制造计算单元间的通信也是提升算力的关键技术10集成电路/人工智能：芯片间通信（互连）非常重要算力NVIDIA H100 GPU 约1.8万个核8个H100，4 个 NVIDIA NVSWITCHES GPU 之间双向带宽为 7.2 TB/s高效算力=网络化计算（chip-chip 高效通信，类似超算）微软为了构建支持OpenAI（ChatGPT）项目的超级计算机，在Azure云计算平台上将几万个Nvidia A100芯片连接（电互连+光互连）在一起https:/ 交换网络）人工智能应用-大算力芯片面向芯粒Chiplet电互连瓶颈（电I/O）：1.强依赖“卡脖子”先进工艺：台积电4n

5、m CMOS2.高功耗代价下的高带宽：单芯片900GB/s，100W 3.封装解决物理极限:单卡8xGPU+NVSwith(11kW)，700W/800mm2芯片间的通信容量越来越大，如果依赖芯片间的电互连，壁垒越来越大12集成电路/人工智能：芯片间互连内部 电交换 NVSwitchDGX H100 SuperPOD外部 NVlink 交换机NVSwitch：内部实现ns量级的交换强大的算力：（1）芯片间高速通信和交换；（2）光电融合 让光参与更多高速通信/交换13，是为解决计算芯片CPU,GPU,XPU等之间的互联问题(chip to chip interconnect)，利用光互连低功耗、

6、高带宽、低延迟的优势，取代传统电I/O为光信号，进而构建分布式计算网络。为实现计算资源的池化技术，光I/O对延迟latency的要求比较高。从封装形式上看，光I/O也是将光芯片与电芯片封装在同一基板上可插拔光模块、CPO模块与Optical IO的性能对比14 当前AI技术对算力的持续需求，类似ChatGPT 这样大规模机器学习模型，GPU芯片、存储芯片之间有大量的数据传输，光I/O技术刚好可以发挥其优势，提供低功耗、低延迟和高带宽的数据传输。硅光技术可能是光I/O的唯一光学解决方案，采用体积小、功耗低的微环调制器，利用多个波长携带信号，提高带宽密度光连接Optical IO的两个关键组件：多