英特尔的集成光子学解决方案 （IPS） 事业部凭借其完全集成的光计算互连 （OCI） 小芯片在 2024 年光纤通信大会 （OFC） 上大放异彩。它与英特尔 CPU 共同封装，以演示在芯片到芯片互连的封装中集成光学连接的可能性（见图）。

注：左侧为铅笔照片作为尺寸对比

高性能计算 (HPC) 的主要挑战之一是连接带宽。目前，为了实现高速传输，数据需要移到光学接口，这样才能利用光互连提供的更长距离。数据中心和云计算推动了带宽需求，但在芯片封装内进行光学连接可以带来显著的优势：减小占用空间、增加吞吐量和降低功耗。

人工智能和机器学习 (AI/ML) 大型语言模型 (LLMs) 只是其中一个需要这种级别吞吐量的应用领域。军事和航空电子应用（如相控阵雷达）也将高性能计算与大量数据相结合。

系统外观

英特尔的小芯片集成了64个双向通道，每个通道运行速率为32Gb/s，总带宽达到4Tb/s。小芯片采用混合激光器在晶圆技术和直接集成。整个系统利用了八对光纤，每对光纤传输八个密集波分复用 (DWDM) 波长。

OCI发射器可以驱动最长100米的光纤电缆。这对于板外/系统外连接非常方便，但较短的板内连接也很有用，因为它们具有高吞吐量和低功耗要求。连接协议与外围组件互连快速通道 (PCIe) Gen5 兼容。

32Gb/s传输眼图说明了使用单模光纤(SMF)的高信号质量。与可插拔光收发模块等片外解决方案相比，共封装芯片每比特只需要5皮焦(pJ)，而片外解决方案通常需要3倍的能量或15皮焦/比特。

该小芯片并不是英特尔在硅光子集成电路 (PIC) 方面的首次尝试。英特尔已经出货超过800万片PIC，集成了超过3200万个芯片内激光器，激光器的每十亿小时失效率 (FIT) 低于0.1。

英特尔的演示将小芯片与CPU小芯片配对。然而，提供基于小芯片的解决方案使得可以将不同的小芯片组合在一起，例如GPU、IPU或AI/ML加速器。通用小芯片互连快线 (UCIe) 是一种标准的小芯片接口，使得连接小芯片变得更加容易。多供应商的小芯片演示表明这种方法是可行的。

UCIe可以在基于小芯片的平台中实现宽带高速互连。然而，将这种级别的互连移到芯片外互连通常需要大量的接口小芯片，这些小芯片的带宽与 OCI 解决方案不同。

使用小芯片的一个原因是拆分功能。另一种是在单个封装中提供不同的芯片技术。CPU、GPU 和 AI/ML 加速器采用的技术与此 OCI 中使用的光学驱动程序和接收器不同。

数据中心能够轻松利用 4Tb/s 连接，但这并不是 OCI 唯一可以发挥作用的地方。如前所述，军事和航空电子应用通常需要这种级别的吞吐量才能将数据从传感器传输到计算平台，然后分发结果。

许多其他嵌入式应用也可以从OCI提供的高速低功耗连接中受益，例如智能汽车和处理大量传感器数据的医疗应用。实时处理这些数据需要快速高效地将数据传输到计算模块，例如处理LLM的AI/ML加速器。

来源：EETOP编译自electronicdesign