Gã khổng lồ sản xuất chip toàn cầu TSMC (TSM.US) đang đặt cược rất nhiều vào chip quang tử silicon (silicon photonics), công nghệ tiên tiến nhất tiếp theo trong sản xuất chip, nhằm kích thích tăng trưởng hiệu suất và cố gắng tạo ra các ứng dụng trí tuệ nhân tạo tổng hợp như ChatGPT mạnh mẽ hơn. Quang tử silicon là một lĩnh vực công nghệ mới nổi kết hợp chip silicon với công nghệ quang học.
TSMC là xưởng đúc chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới và hiện có khả năng sản xuất chip trí tuệ nhân tạo (AI) tiên tiến nhất trên thị trường, bao gồm cả chip NVIDIA A100/H100. Giám đốc điều hành TSMC Douglas Yu cho biết công ty hiện đang tìm cách cải thiện hơn nữa hiệu suất của chip AI.
"Nếu chúng tôi có thể cung cấp một hệ thống tích hợp quang tử silicon tốt... chúng tôi có thể giải quyết các vấn đề chính về hiệu suất năng lượng và sức mạnh tính toán (hiệu suất) của trí tuệ nhân tạo", Douglas Yu phát biểu tại một diễn đàn trước khi khai mạc Triển lãm Công nghiệp Bán dẫn Đài Loan tại Trung Quốc vào ngày 5 tháng 9. "Đây sẽ là một sự thay đổi mô hình mới. Chúng ta có thể đang ở giai đoạn đầu của một kỷ nguyên mới."
Yu cho biết yếu tố thúc đẩy hệ thống quang tử silicon tích hợp tốt hơn là sức mạnh tính toán khổng lồ cần thiết để chạy các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) - công nghệ hỗ trợ các chatbot AI (chẳng hạn như ChatGPT và Google Bard) và các ứng dụng điện toán trí tuệ nhân tạo khác.
Một số phương tiện truyền thông đưa tin rằng TSMC đã thành lập một nhóm nghiên cứu và phát triển gồm khoảng 200 người để hướng tới cơ hội kinh doanh chip tốc độ cực cao quang tử silicon sắp tới vào năm tới; công ty không chỉ tích cực quảng bá công nghệ chip quang tử silicon mà còn hợp tác với các khách hàng lớn như Broadcom và Nvidia để cùng phát triển các kịch bản ứng dụng tập trung vào công nghệ này. Theo báo cáo phương tiện truyền thông, sự hợp tác này nhằm mục đích sản xuất thế hệ chip quang tử silicon tiếp theo. Các quy trình liên quan có thể bao gồm 45nm đến 7nm và dự kiến sẽ bắt đầu áp dụng các thiết bị đầu cuối ngay sau nửa cuối năm 2024.
Khi sự đổi mới và phát triển của lĩnh vực chip toàn cầu bước vào "Kỷ nguyên hậu Moore" (Kỷ nguyên hậu Moore), CPU, vốn là động lực chính trong việc thúc đẩy sự phát triển của xã hội loài người, không còn khả năng đạt được những bước đột phá nhanh chóng ở cấp độ "wide nm" trong vòng chưa đầy 5 năm như 22nm-10nm. Những đột phá ở cấp độ nm tiếp theo phải đối mặt với nhiều trở ngại như chi phí sản xuất cực cao và những khó khăn kỹ thuật về đường hầm lượng tử.
Tuy nhiên, với sự xuất hiện của kỷ nguyên AI, điều đó có nghĩa là nhu cầu toàn cầu về sức mạnh tính toán đang có sự tăng trưởng bùng nổ và nhu cầu về chip hiệu suất cực cao sẽ chỉ tăng lên. Điều này cũng làm cho chip quang tử silicon, kết hợp công nghệ quang học và mạch tích hợp dựa trên silicon, ngày càng trở nên quan trọng trong lĩnh vực sản xuất chip.
Công nghệ quang tử silicon là công nghệ tích hợp các thành phần quang học như thiết bị laser với mạch tích hợp dựa trên silicon để đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao, khoảng cách truyền dài hơn và tiêu thụ điện năng thấp thông qua ánh sáng thay vì tín hiệu điện. Ngoài ra, nó cung cấp độ trễ thấp hơn.
Quang tử silicon đã trở thành một lĩnh vực được đầu tư mạnh mẽ trong ngành sản xuất chip, với nhiều công ty công nghệ đang chú ý đến những ứng dụng tiềm năng của nó, từ trung tâm dữ liệu, siêu máy tính và thiết bị mạng cho đến ô tô không người lái tự động và hệ thống radar phòng thủ. Công nghệ quang tử silicon hiện được sử dụng trong các lĩnh vực như truyền thông quang học và cảm biến quang học, tập trung vào việc truyền, xử lý và điều khiển tín hiệu quang học; các ứng dụng điển hình bao gồm kết nối trung tâm dữ liệu, điện toán hiệu năng cao, truyền thông cáp quang, v.v.
Do đó, chip quang tử silicon có tiềm năng đáng kể trong các tình huống ứng dụng băng thông cao, năng lượng thấp như truyền thông dữ liệu tốc độ cao và kết nối trung tâm dữ liệu. Khi tốc độ thâm nhập của các dịch vụ điện toán đám mây dựa trên công nghệ AI và ứng dụng AI tạo ChatGPT tăng lên, nhu cầu về sức mạnh tính toán tăng cao và chip quang tử silicon có thể đóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực này.
Những gã khổng lồ công nghệ như Intel, Cisco và IBM từ lâu đã phát triển các giải pháp quang tử silicon và hệ thống quang tử silicon của riêng họ.
Nvidia hiện là công ty chip có giá trị nhất thế giới và hiện có thị trường lớn nhất về chip cung cấp năng lượng cho bộ tăng tốc cho máy chủ trung tâm dữ liệu để phát triển/chạy các mô hình ngôn ngữ lớn. Công ty Mỹ trước đây đã mua lại nhà cung cấp công nghệ kết nối cáp quang Mellanox.
Dữ liệu dự báo từ Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Quốc tế (SEMI) cho thấy đến năm 2030, thị trường chất bán dẫn quang tử silicon toàn cầu dự kiến sẽ đạt 7,86 tỷ USD, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm dự kiến sẽ đạt 25,7%, mức tăng đáng kể so với chỉ 1,26 tỷ USD vào năm 2022.
Dữ liệu dự báo của Mordor Intelligence, một tổ chức nghiên cứu nổi tiếng, tương đối thận trọng. Quy mô thị trường quang tử silicon dự kiến là 1,49 tỷ USD vào năm 2023. Cơ quan này kỳ vọng nó sẽ đạt 4,54 tỷ USD vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 24,98% trong giai đoạn dự báo (2023-2028).
Cơ quan này đã chỉ ra rằng quang tử silicon là một nhánh đang phát triển của quang tử học và có những ưu điểm rõ ràng so với các chất dẫn điện trong các sản phẩm bán dẫn được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn tốc độ cao. Công nghệ này hứa hẹn sẽ tăng tốc độ truyền lên 100Gbps và các công ty công nghệ như IBM, Intel và Kothura đã sử dụng công nghệ này để đạt được những bước đột phá. Ngoài ra, công nghệ này đã cách mạng hóa ngành công nghiệp bán dẫn, hứa hẹn truyền và xử lý dữ liệu tốc độ cực cao.
Giám đốc điều hành TSMC Douglas Yu cho biết gã khổng lồ sản xuất chip đang nghiên cứu công nghệ sản xuất chip để chế tạo silicon tích hợp hệ thống quang tử sử dụng công nghệ đóng gói và xếp chồng chip tiên tiến được phát triển độc quyền. Đóng gói chip tiên tiến đã trở thành một lĩnh vực quan trọng được nhiều nhà sản xuất chip lớn nhất thế giới - Intel, Samsung và TSMC quan tâm, bởi vì các công nghệ đóng gói chip tiên tiến như 2.5D/3D đang giúp họ tạo ra những con chip mạnh hơn.
Nhưng Yu cũng cho biết rằng một hệ thống tích hợp như vậy, kết hợp và kết nối quang tử silicon và các loại chip khác nhau, đồng thời sử dụng công nghệ xếp chồng và đóng gói chip tiên tiến của riêng mình, vẫn đang trong quá trình phát triển và sản xuất thử nghiệm, chưa đi vào sản xuất hàng loạt quy mô lớn.
Tien Wu, CEO của ASE Semiconductor (ASX.US), một trong những nhà cung cấp dịch vụ thử nghiệm và đóng gói chip lớn nhất thế giới, cũng có quan điểm tương tự. Ông nói rằng một phương pháp đóng gói và tích hợp công nghệ quang tử silicon mới sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết một trong những điểm nghẽn chính của hệ thống máy tính thế hệ tiếp theo.
Các công nghệ đóng gói tiên tiến quang tử silicon phổ biến hiện nay bao gồm: Bao bì tích hợp dọc, Quang học đồng đóng gói (CPO), Bao bì đính kèm sợi, Bao bì dựa trên ống dẫn sóng và Bao bì nền thủy tinh.
Trong số đó, công nghệ CPO là lĩnh vực công nghệ đóng gói được các nhà sản xuất chip toàn cầu chú trọng. Đây là phương pháp tích hợp cao để đóng gói các linh kiện quang học và điện tử trong cùng một gói. Điều này giúp giảm khoảng cách giữa quang học và điện tử, cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và hiệu suất của các kết nối trung tâm dữ liệu. Các nhà phân tích trong ngành cho biết, khi những gã khổng lồ về chip như TSMC, Intel, NVIDIA và Broadcom đã liên tiếp phát triển chip quang tử silicon và công nghệ quang học đóng gói quan trọng (CPO), thị trường CPO dự kiến sẽ có sự tăng trưởng bùng nổ ngay từ đầu năm 2024.
Một báo cáo nghiên cứu được công bố gần đây của Sphericalinsights, một tổ chức nghiên cứu nổi tiếng, cho thấy thị trường quang học đóng gói toàn cầu dự kiến sẽ tăng tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 68,9% từ năm 2022 đến năm 2032. Thị trường quang học đóng gói toàn cầu dự kiến sẽ đạt 2,84 tỷ USD vào năm 2032. Cơ quan này ước tính thị trường vào năm 2022 sẽ chỉ đạt 15 triệu USD.
Sphericalinsights đã chỉ ra rằng nền tảng chip silicon được ngành công nghiệp đánh giá rộng rãi là nền tảng tích hợp quang tử silicon quy mô lớn hứa hẹn nhất, trong khi quang học đồng đóng gói được nhiều người coi là lý tưởng cho các kết nối trung tâm dữ liệu tiềm năng, quang học đồng đóng gói (CPO) hoặc Quang học trong gói (IPO) là sự kết hợp phức tạp giữa quang học và các thiết bị dựa trên silicon trên một nền tảng đóng gói duy nhất được thiết kế để giải quyết các vấn đề về tiêu thụ điện năng và băng thông thế hệ tiếp theo.
Truy cập:
Trung tâm mua sắm Jingdong