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AI是在算力基础上诞生的一朵花,一朵可称得上是第四次工业革命的花。其土壤算力基本上是计算和通信两块,目前主要是集成电路和光互联。
其中,集成电路主要是GPU、ASIC、TPU等等,也可以说是各种XPU。光互联目前主要是以太网和IB网。
XPU里面核心是三种模块,控制、计算、存储,分别对应下图的 control、ALU、cache(闪存)/dram(内存)
为了算力,一个芯片内,放这三者的数量要更多,距离要更近,这就对制程要求越来越高。但制程存在极限,电路越细就越容易发生量子隧穿和升温,目前我们人类已经接近极限,最先进的英伟达和台积电的GPU芯片越做越大,在制程领域已经快走到头了。
后摩尔时代,光芯片是算力提升的关键,有潜力提供至少两个数量级的速度提升和三个数量级的能效改善。
光芯片又分为计算用的和互联用的。
光计算芯片有2种类型,全光架构、光电混合架构。前者很牛逼,但是商业化量产难,主要是因为光功率损耗导致扩展性低,串扰噪声,集成难。
光电混合架构,正在商业化。
光电混合架构,有用光计算的,有用电计算的。我自己感觉电计算比光计算靠谱。
这玩意有多牛呢?近段时间清华大学戴琼海团队研制出国际首个全模拟光电智能计算芯片,电路部分采用180nm CMOS工艺,已取得比7nm制程的高性能芯片多个数量级的性能提升,且造价仅为后者的几十分之一。
这是光计算的:
这是电计算的:
光电混合架构的进一步是什么? XPU分解。即XPU的 control、ALU、cache(闪存)/dram(内存)都通过光电转换联接分为control、ALU、cache池,彻底打破芯片物理边界。
说完光计算,再来看光互联。主要是CPO、OIO。
CPO主要用于数据中心的以太网网络。
典型的CPO如下:
OIO,用于XPU到XPU的互联。
二者的地盘:
无论是CPO、OIO、还是光计算芯片,核心是硅光技术。硅光技术的核心是利用硅基材料(如SOI或Si)集成光子学器件,结合CMOS半导体制造技术,实现高性能、低成本的光通信技术。看看公司公告是怎么说的:但由于电信号传输会有信号损失的问题,即使单位面积晶体管数量渐增,仍无法避免电耗损的问题。然而硅光子技术$罗博特科(SZ300757)$ 的出现,【以光信号代替电信号进行高速资料传输,实现更高频宽和更快速度的数据处理,使芯片不需挤更多晶体管数量,不需追求更小纳米和节点】,(这里需要高度注意:这是硅光设备的核心价值所在)(再看前文清华大学戴琼海团队研制出国际首个全模拟光电智能计算芯片,电路部分采用180nm CMOS工艺,已取得比7nm制程的高性能芯片多个数量级的性能提升,且造价仅为后者的几十分之一),且能在现有硅制程基础上实现更高集成度、更高效能的选择,进一步推动摩尔定律的发展。由于高频宽、小尺寸、低能耗和成本效益等优势,硅光子在通讯和高速运算领域极具发展潜力,可应用于生医感测、量子运算、机器学习、激光雷达等领域。这些应用潜力将带来革命性的变化。
由此甚至可以期待,硅光设备的商业价值,有朝一日超过光刻机、刻蚀机等集成电路设备。硅光设备龙头公司的市值超过阿斯麦、应用材料、北方华创、屹唐科技。
硅光技术难在哪里?再看看公司公告,尽管硅基光电子发展迅猛,但由于其工艺复杂性和硅材料的天然特性,硅基光电子技术仍然面临着不小的挑战,其中重要的一点就包括光纤和波导的高效耦合、封装。传统的光模块采用自由空间的设计方式,对于封装耦合的精度要求较低,通常采用人工或半自动耦合的方式,封装的成本较低。硅光模块集成度高,封装难度大,硅光子封装的两个主要挑战是尺寸适应(因为光纤直径为 125 微米,而集成波导的直径只有几微米)和模态适应,其耦合对准与封装的精度要求高,较难实现高质量、低成本的封装。因此,传统耦合封装方式无法满足硅光模块的大规模生产需要,必须采用高精度的自动耦合封装设备保障封装精度、良率和效率,降低生产成本。根据 Yole,目前阶段在硅光模块成本中,硅光芯片仅占约 10%,封装成本占比约为 80%。硅光芯片发展的同时也推动了高精度全自动耦合封装设备的发展,两者互相促进。硅光芯片的耦合封装方案不尽相同,因此设备提供商往往较早就介入硅光模块的设计过程,通过共同设计和验证来保证耦合封装设备能够满足大规模量产的需求。随着封装在硅光电子产业中扮演越来越重要的角色,相关公司不仅是设备提供商也正在成为服务和技术提供商,这种技术涉及到包括光纤耦合、共晶贴装和光电测试等众多领域。目前,全球范围内能够提供满足硅光和 CPO 产品耦合、封装、测试需求的设备供应商较少,目标公司 ficonTEC 是主要供应商之一,能够提供全方位的耦合、封装、测试设备解决方案,是 Intel 硅光方案和 Broadcom CPO 方案的主要合作伙伴之一。
再看看竞争格局。光电子半导体耦合、封装测试设备目前主要由欧洲和美国公司主导,国内公司普遍规模较小,技术先进性不足,国际上主要的竞争对手包括 Mycronic、Finetech、KLA、Camtech、Teradyne 等。ficonTEC 在光子半导体领域拥有较为齐全的产品线,主要产品包括光电子器件全自动耦合封装设备、高精度光纤耦合设备、光芯片贴装设备、芯片及晶圆级测试、视觉检测、芯片堆叠设备等,在高精度耦合封装方面技术水平全球领先。国际上主要的竞争对手多数从事其中一类或几类设备的研发和生产,且耦合精度以及效率与目标公司$罗博特科(SZ300757)$ 相比不具备优势。特别是在硅光芯片和 CPO 领域,目标公司掌握的技术处于世界领先水平,持续为 Intel、Cisco、Broadcom、Nvidia、Lumentum、Velodyne 华为等客户在硅光模块、CPO、高性能计算、激光雷达等产品设计和量产过程中提供支持。经过十余年的发展,ficonTEC 在全球范围内累计交付设备超过 1,000 台,广泛应用于下游光电子行业以及高校、科研机构光子技术研究领域,在全球范围内拥有广泛的合作伙伴,在行业内具有较高的知名度和行业地位。