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后摩尔期间光盘算芯片成破局关键,国产厂商大有可为!

已往半个多世纪以来,在摩尔定律驱动下,半导体芯片产业飞速发展,算力不绝保持着大跨度的跃进。然而,近年来随着电芯片迫近物理和经济成本极限,摩尔定律正在渐渐失效。在后摩尔期间,电芯片性能提拔放缓,算力增长

已往半个多世纪以来,在摩尔定律驱动下,半导体芯片产业飞速发展,算力不绝保持着大跨度的跃进。

然而,近年来随着电芯片迫近物理和经济成本极限,摩尔定律正在渐渐失效。

在后摩尔期间,电芯片性能提拔放缓,算力增长式微,而云盘算、大数据、物联网等技能的进一步成熟产生的海量数据又加大了对后端算力的巨大需求,行业急迫必要一种新的盘算体系和架构来突破现有算力瓶颈。光盘算正是被寄予厚望的突破方式之一。

与此同时,AI海潮和大模子的涌现使恰当前算力供不应求,算力缺口连续扩大,又给光芯片在盘算范畴的应用拉开了全新的序幕。

相较于电芯片已渐渐失效的“摩尔定律”,“光摩尔定律”的天花板极高。尤其随着应用渐渐遍及,算力、能耗和延长愈发成为权衡芯片的紧张指标,而这正是光盘算的刚强所在。

光盘算芯片的焦点是用波导来代替电芯片的铜导线,来做芯片和板卡上的信号传输,通过光在流传和相互作用之中的信息变革来举行盘算。与电芯片相比,光盘算架构在速度、带宽和能效上上风突出。据相关数据测算,理想状态下光芯片的功耗仅为电芯片的10%,延长只有其1%,而算力却能到达电芯片的100倍以上。

不难判定,随着大模子深度赋能千行百业,自动驾驶、人形呆板人等高速盘算范畴不停革新,光盘算有望成为下一代最优选的盘算范式。

天时地利人和,光本位科技顺势而生

在上述背景和趋势下,2022年4月光本位科技顺势而生。

光本位科技公司董事长熊胤江表现,从市场需求侧来看,光本位科技的成立时间正好伴随着大模子海潮的鼓起,卑鄙需求发作在即。与此同时,得益于光芯片此前在通讯和传感范畴打下的良好产业底子,国内光芯片产业链日渐趋于成熟,光盘算产业蓝海属性凸显,成为了光本位切入光盘算赛道的另一关键原因。此为“天时”

另一方面,在高耸的技能壁垒和贸易争端下,光盘算芯片为我国集成电路产业的发展指出了另一条门路,由于光芯片制程节点需求不高,可以绕开先辈制程的限定。与积累了大量产业履历的电芯片相比,各国在光盘算芯片的研发上险些处于同一起跑线上。

这意味着,将来我们的算力提拔可以不必卷芯片制程,也不必完全依赖入口技能和光刻工艺的发展,真正实现全产业链国产化。对光本位科技来讲,可谓“地利”

此外,焦点首创团队的履历底子和调性,构筑了光本位公司诞生的最后一块拼图。

据相识,熊胤江曾在芝加哥大学攻读盘算科学范畴硕士学位,拥有谷歌AI框架TensorFlow的开发履历及市场履历;另一位团结首创人程唐盛,师从环球“相变材料光盘算”第一人、牛津大学材料系传授、英国皇家工程院院士Harish Bhaskaran,负责光本位的研发攻关及工程化落地。

光本位科技公司董事长熊胤江

两人紧张研究的方向——AI+光盘算,正是他们以是为的“行业发展的终极趋势”,也是光本位科技应运而生的关键所在。是为“人和”

呼之欲出的蓝海市场+“天时地利人和”的天然上风,让切入光盘算赛道成为了光本位科技的绝佳选择。

乐成突破行业瓶颈,光本位科技做对了什么?

光盘算芯片作为新的技能赛道,在速度和能效上上风显着,但恒久以来也存在发展瓶颈。

一方面,此前光盘算芯片自己筹划不成熟,无法与现阶段旗舰级电方案直接对比;另一方面,光盘算芯片规模化落地产业链尚不完善。比方,一些高校和科研院所的光盘算芯片是3×3或4×4的小规模产物。即便是一些初创公司,在已往较长的周期内也最多只能做到64×64矩阵规模的芯片,根本都处于研发阶段,不具备贸易化落地本领。

据相识,矩阵规模(算力密度)和单节点光辨识度(算力精度)是权衡光盘算芯片性能的关键指标,业内公认到达商用尺度的矩阵规模是128×128。多年来,这个瓶颈不绝没有被突破,有的企业以致无奈转战了其它赛道。

面临行业棘手的技能和产业化挑战,光本位科技乘势而上,率先完成了首颗算力密度和算力精度均到达商用尺度的光盘算芯片流片。据悉,该芯片矩阵规模为128×128,峰值算力超1700TOPS,该芯片的功耗约莫是同级别电芯片的十分之一左右;在时延方面,光盘算芯片也会有数目级的低沉。

完成初步封装的光子AI盘算demo硬件

光本位科技之以是能够率先实现突破,熊胤江总结了两个原因:

技能层面:从成立之初,光本位科技就意识到市场上现有的光盘算芯片矩阵规模较小,这限定了其算力密度和算力规模。因此,从公司成立第一天起就明确了起首要将矩阵规模做到128×128,然后一步步提拔至256×256、512×512以及更高的目标。

在此目标指引下,光本位科技基于创新性的PCM+Crossbar方案,将硅光和相变材料举行异质集成,乐成办理了传统光盘算芯片的功耗困难,并进一步对芯片单位尺寸、封装等方面不停优化提拔,同韶光本位科技基于PCM相变材料实现了存算一体的存内盘算,存储单位与盘算单位完全融合,进而实现了更高的集成度,使得盘算矩阵规模到达业界领先程度。

然而,“PCM+Crossbar”的技能突破并非一蹴而就,源于光本位科技另一位团结首创人程唐盛的技能积累。

据悉,早在2014年,牛津实行室就开创了相变材料与硅光联合的研发,2017年乐成研发环球首个光子存算一体芯片。上文提到,程唐盛在牛津大学读博期间,师从环球“相变材料光盘算”第一人——牛津大学材料系传授、英国皇家工程院院士Harish Bhaskaran,在此期间他主导到场了牛津大学的相变材料光盘算芯片、新型超低功耗纳米相变材料的研发。

这为光本位科技能够率先突破光盘算技能在现实应用中的挑战——低沉功耗和扩大矩阵规模,提供了技能底子和有力支持。

Crossbar技能蹊径演示

另一方面,或是由于光本位科技踩中了时间节点。光盘算行业颠末几年时间发酵,AI发作、ChatGPT横空出世,算力市局面临巨大缺口。

“同时,整个光芯片产业链日益成熟,已经发展到了可以去举行一系列流片和异质集成的时间当口,这对于我们来说也优劣常紧张的一个机遇。” 熊胤江说道,技能创新、产业链成熟度以及对工程化的投入,缺一不可。

纵观行业近况,光本位科技实现了矩阵规模、算力密度、算力精度均在业内领先的一颗光盘算芯片的流片,而且其配套板卡和电芯片的研发也都已经走到了行业前端。

市场领先的背后,是公司焦点竞争力和独特上风的最好解释。

熊胤江强调,公司的战略是集中上风资源将卑鄙焦点痛点需求打透。简单来讲就是为卑鄙高性能范畴客户提供大算力、低功耗、高效能、软硬件适配的光盘算办理方案,进而去更好地撬动产业链资源,获取资本和市场关注。

在这个过程中,团队和人才是实现统统的前提和底子。

就像光本位科技所示:公司在发展过程中必要源源不停的保障团队,既要有拿着望远镜放哨和指挥方向的规划者,又要有一步一步把产物现实做出来,快速落地实践的工程团队。

正是得益于如许独特的技能+独特的团队,构成了光本位科技领先身位背后的内在驱动力。

光盘算产业生态,行至那里?

现在,光盘算赛道被寄予厚望,但在已往很长时间里,光盘算都是一项被困在实行室里的技能。

回首其进程,2017年光盘算范畴发表了第一篇Nature文章,之后一些公司陆续成立。从2020年开始,光盘算产业迎来快速发展,资本市场蜂拥而至。再到2022年,光本位科技成立,行业颠末五年发展,技能和产业链渐渐成熟,但光盘算芯片照旧没有像传统电芯片那样实现大规模贸易化。

直至2024年7月,光本位科技128*128矩阵规模光盘算芯片乐成流片,才正式推开了光盘算芯片规模化商用的大门。

然而,技能突破只是一个拍门砖,接下来对光盘算芯片和光本位科技来说,要面临的是产业生态的挑战。

对于光盘算行业近年来的市场变革与生态水位,熊胤江表现,该赛道正渐渐出现出市场多元化需求,“2022年前是大模子前市场,2022年之后进入了大模子海潮动员的大算力市场。”

随着AI开始赋能千行百业,应用场景也开始今后前的安防、人脸识别、GNN架构、天然语言天生等细分范畴,朝着大模子融合的趋势加速迈进,同时也根据不同应用市场提出了更多垂类化、行业化、多元化的风雅化算力需求。这一变革对硬件来说,相称于从一个GPU可以干全部事变的模式渐渐被解构,酿成更专有化的芯片去做专有化的事变的趋势。

此外,各地当局对光盘算产业的器重程度越来越高,在牵头去做一些动作,包括资金支持力度以及一系列出台的政策和项目角度,都在为光盘算产业的快速发展助力赋能。

能看到,无论是研究机构、产业厂商照旧当局部门,都在积极推动光盘算行业的生态盼望,盼望能够把硅光、光盘算技能做成将来能换道超车的非常紧张的一张底牌。

针对业界讨论较多的行业软件生态,熊胤江以为,产业链任何一环的发展都是以贸易优点为导向和牵引,而光盘算软件的短板本质照旧在于硬件。他表现,“当我们在硬件上面做到碾压级的上风之后,才有资格在软件方面提出要求,软件供应商也才会自觉的积极去做适配。”

而光本位科技这颗128×128矩阵规模的光盘算芯片的乐成流片,不仅是其自身技能和气力的充实显现,同时也在推动光盘算软件生态,推动产业生态完善上起到了示范效应和积极贡献,助推国产光盘算芯片走到了贸易化节点。

推测公司将来团体产物的路径规划,熊胤江透露,我们的128*128光芯片完成了流片,配套的电芯片也已经完成了流片,目前正在举行光电合封的阶段,预计来岁我们会推出第一代光电融合的盘算板卡。同时还将连续拓宽光盘算范畴的研发壁垒,举行更大矩阵规模的研发,包括但不限于256×256、512×512矩阵规模的光盘算芯片研发,预计会在2026年推出第二代融合板卡并开始规模化出货。

光本位科技通过深入产物周期,从芯片到板卡,再到卑鄙适配和终极出货,既能使公司不绝保持研发的领先职位,又能确保产物能够实现实际的工程化落地。

能看到,光本位科技以身示范,正积极到场到产业生态的构建过程当中。

但面临真实而复杂的现实场景查验,目前市场客户广泛利用的是英伟达或AMD的GPU芯片,要实现光盘算芯片/板卡的广泛应用,对于光盘算行业和光本位科技来讲是否存在新的挑战?

对此,熊胤江表现,不管是通过光照旧量子去实现终极的盘算结果,给到卑鄙客户的接口肯定是电接口,整个算力体系照旧通过电介质驱动去调理的。因此,对客户来说,仍旧是通过电芯片去调控光芯片的结果。

光本位科技的这颗芯片接纳PCIe接口或其他通用尺度举行数据交互,可以与数据中心兼容,将来也会确保光盘算板卡在硬件上兼容现有生态。

另一方面,为了加强跟产业生态的兼容和耦合,光本位科技对准了光盘算赛道恒久投入资源和将来有潜力产生大量订单的头部客户举行深度相助,且目前已经在举行比力深度的探索与相助。

熊胤江坦言:“针对生态而言,只有切入了市场才有生态,不能只停顿在自说自话的阶段,必须要有人开始用了之后才会有生态。我们的团体战略是围绕客户焦点需求逐点击穿,投入大量资源去做这件事变。”

针对光盘算芯片实现规模化商用的讨论,无论是科研院所,照旧产业界,都以为构建光电融合生态是一条必经之路。光本位科技基于PCM相变材料实现了存算一体的存内盘算,存储单位与盘算单位完全融合,已迭代出以光盘算芯片为焦点的电芯片筹划本领。

目前,与国内封装公司创建深度战略相助,共同开发先辈的光电合封本领是光本位科技的下一个偏重点所在,也是强化产业链上卑鄙联动助推产业生态的有力举措。

对此,熊胤江倡议,光盘算行业可以实验构建一个把高校、科研院所、光盘算芯片筹划企业、晶圆厂、封测厂、光盘算芯片应用企业等整个产业链串起来的创新团结体,以共同参股市场化主体的深度相助模式加强各企业的投入和到场力度,共同推动国内光盘算产业生态的繁荣发展。

OPU概念图

成为世界上最好的光盘算公司

团体来看,与电芯片相比,光盘算还处于一个较前期的发展阶段。不外,随着市场需求的发作和生态体系的完善,光盘算将以其超高速、高能效、低功耗的特性渐渐发挥更大的作用,为智能盘算期间提供强有力的技能支持。

正如光本位科技创业使命所示:“让光成为将来智能算力的底子设施”。而光本位科技在技能和贸易化进程的率先突破,成为了光盘算赋能千行百业的开端。

再反观国内市场,半导体芯片产业被卡脖子不绝是我国半导体产业都在试图办理的挑战。

在AI大模子对算力需求快速增长、芯片制程靠近物理极限的当下,光盘算芯片可复用国内成熟制程工艺,突破当前电盘算芯片性能及能效瓶颈,增长潜力巨大。可见,光盘算芯片或将有望在将来重新界说AI芯片市场格局。

光盘算产业方兴未艾,这个蓝海赛道终极肯定会形成马太效应,就像英伟达在行业中的格局一样,第一名吃下百分之七八十的份额,第二名大概10%左右,剩下的全部玩家去分剩下仅存的市场份额。

因此,对于光本位科技而言,在光盘算产业落地和成熟之前,成为世界上最好的光盘算公司就变得尤为紧张,也是其想要去完成的使命。

采访最后,熊胤江向笔者表现:“我们已经抢到了天时地利人和的身位上风。只不外,当前行业正好处在一个资本偏冷的周期里,但是巨大的公司大概就是在如许的时期诞生的,由于这会让我们在前期非常踏实,而不去做一些好高骛远的事变。

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