Wie Siliziumphotonik und Co-Packaged Optics die KI-Infrastruktur neu gestalten

Fortschritte in den Bereichen Logik- und Speicherarchitekturen haben dazu beigetragen, dass KI mittlerweile in aller Munde ist, doch die nächste Skalierungsgrenze zeichnet sich immer deutlicher ab: Daten müssen schneller, weiter und effizienter übertragen werden, um agentenbasierte, physikalische und hochleistungsfähige KI-Anwendungen zu unterstützen. Dieser Engpass verändert derzeit die Art und Weise, wie Halbleiter entworfen, hergestellt, verpackt und miteinander verbunden werden, was den Fertigungsprozess vor erhebliche Herausforderungen stellt und neue Anforderungen an die Anlagen und deren Komponenten stellt. 

Kupfer: Bitte treten Sie beiseite. Machen Sie Platz für Photonen 
Elektrische Verbindungen aus Kupfer für die Chip-zu-Chip-Kommunikation sind seit langem der Status quo. Sie stoßen jedoch zunehmend an Grenzen hinsichtlich der Bandbreite und der Signalintegrität – und sind zudem ein wesentlicher Verbraucher wertvoller Energie.  

Hier kommen die Siliziumphotonik und Co-Packaged Optics (CPO) ins Spiel. Durch die Umstellung der Datenübertragung von Elektrizität auf Licht bewältigen diese Technologien eine der dringlichsten kommerziellen Herausforderungen der KI-Infrastruktur: die Übertragung größerer Datenmengen bei geringerem Stromverbrauch, geringerer Latenz und höherer Skalierbarkeit. 

Wie Siliziumphotonik und CPO „
“ unterstützen Die Siliziumphotonik bringt optische Bausteine und photonische integrierte Schaltungen (PICs) näher an anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) heran, wie sie beispielsweise in Netzwerk-Switches von Rechenzentren zum Einsatz kommen.

Der Wechsel von Elektronen zu Photonen bringt zahlreiche Vorteile mit sich:  

• Höhere Bandbreite: Optische Verbindungen können weitaus mehr Daten übertragen als Kupferverbindungen. So können beispielsweise CPO-Plattformen wie die von Nvidia und Broadcom die Netzwerkkapazität je nach Konfiguration um fast das Achtfache in Tbps (Terabit pro Sekunde) steigern.
• Geringerer Stromverbrauch: Die Photonik verringert den Energieverlust über größere Entfernungen
• Schnellere Datenübertragung dank geringerer Latenz
• Besseres Wärmemanagement

Kurz gesagt: CPO rückt optische Baugruppen näher an die Rechenkomponenten heran, indem sie neben oder innerhalb von Chip-Gehäusen integriert werden. Dies verringert die Abhängigkeit von Kupferverbindungen und trägt dazu bei, dass Daten schneller und effizienter übertragen werden. 

Warum CPO gerade jetzt wichtig ist
Der aktuelle De-facto-Stand der Technik in Rechenzentren sind steckbare optische Module, die am Rand eines Systems platziert werden. Mit CPO werden die optischen Komponenten nun direkt neben die Switch-ASICs gebracht, wodurch die Entfernung, die Daten elektrisch zurücklegen müssen, verringert und die Skalierbarkeit von KI-Workloads verbessert wird.   

Und diese Vorteile sind notwendig, um die fortschreitende Verbreitung von KI in all ihren Formen zu unterstützen. Herkömmliche Architekturen können da einfach nicht mithalten. 

Große Halbleiter- und Cloud-Unternehmen investieren massiv in Siliziumphotonik und CPO und bewegen sich dabei von der Forschung und Nischenanwendungen hin zur Serienfertigung. Diese Investitionen erstrecken sich breit gefächert über Halbleiterfabriken, Hersteller von Netzwerk-Switches, Cloud-Anbieter und Hersteller von Halbleiterausrüstung. Die Leistungssteigerungen werden zu bedeutend, um sie zu ignorieren, und der Markt entwickelt sich rasant. Tatsächlich wird laut einem aktuellen Bericht von IDTechEx allein der CPO-Markt von 2026 bis 2036 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 37 % auf 20 Mrd. US-Dollar wachsen. 

Unterstützung der Fertigungs
Die Fertigung im Bereich der Siliziumphotonik umfasst sowohl Front-End- als auch Back-End-Prozesse, darunter Ätzen, Abscheidung, Nassbearbeitung, Hybridbonding und fortschrittliche Verpackungsintegration, wobei neue Ansätze wie Glassubstrate und die Verarbeitung auf Panel-Ebene die Komplexität noch weiter erhöhen. 

Mit zunehmender Skalierung dieser Architekturen gewinnen die Materialleistung, die Kontaminationskontrolle, die Dichtungszuverlässigkeit und die thermische Stabilität zunehmend an Bedeutung. 

Hier kommt Greene Tweed ins Spiel – unsere Rolle bei der Umsetzung dieses Wandels
Diese Anforderungen stellen sowohl eine Herausforderung hinsichtlich der Materialien als auch hinsichtlich der Gerätearchitektur dar. Komponenten, die in der CPO- und Siliziumphotonik-Fertigung zum Einsatz kommen, müssen engere Prozessfenster unterstützen und gleichzeitig die optische Leistung in anspruchsvollen Betriebsumgebungen gewährleisten. Das Portfolio von Greene Tweed an hochleistungsfähigen Polymer-Dichtungslösungen und Verbundwerkstoffen ist in einzigartiger Weise auf die Anforderungen der Siliziumphotonik- und CPO-Fertigung zugeschnitten. Diese Materialien bieten: 

• Außergewöhnliche thermische Stabilität unter extremen Betriebsbedingungen
• Geringe Ausgasungseigenschaften zum Schutz empfindlicher optischer Komponenten
• Chemikalienbeständigkeit für langfristige Zuverlässigkeit

Greene Tweed zeichnet sich durch seine technische Zusammenarbeit bereits in der frühen Konstruktionsphase aus. Ein Beispiel für diese Kompetenz in der Praxis ist unsere Entwicklungs- und Materialarbeit an Dichtungslösungen mit Randausschluss für die Galvanotechnik und die elektrochemische Abscheidung. In Zusammenarbeit mit führenden Anlagenherstellern haben wir unser Know-how in den Bereichen Konstruktion und Werkstoffe genutzt, um hochoptimierte Dichtungslösungen zu entwickeln, die eine effektive Teilereinigung ermöglichen und der Ablagerung von Beschichtungen auf den Dichtungsflächen entgegenwirken. Diese Arbeit hat dazu beigetragen, Produktionsprobleme in den schnell wachsenden Bereichen der fortschrittlichen Verpackung und der Front-End-Fertigung zu mindern und damit unsere Fähigkeit unter Beweis gestellt, komplexe, praxisnahe Herausforderungen an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und Halbleiterinnovation zu lösen. 

Für Greene Tweed stellt diese Entwicklung sowohl einen technologischen Wandel als auch einen geschäftlichen Wendepunkt dar: Hochleistungswerkstoffe, Präzisionsabdichtungen und kooperative Entwicklung werden entscheidend dazu beitragen, dass Kunden die Leistung von Halbleitern der nächsten Generation steigern können. 

Stellen Sie uns Ihre Herausforderungen: 

Wenn Sie sich mit Siliziumphotonik, CPO oder den Herausforderungen der fortschrittlichen Verpackung der nächsten Generation beschäftigen, steht Ihnen Greene Tweed gerne zur Seite, um Probleme in den Bereichen Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Herstellbarkeit und Bereitschaft für fortschrittliche Verpackungslösungen zu lösen. Kontaktieren Sie unser Team noch heute und erfahren Sie, wie unser Material- und Ingenieurs-Know-how Ihre Innovationsstrategie unterstützen und Ihnen dabei helfen kann, Ihre Entwürfe vom Konzept in die Realität umzusetzen.