Cómo la fotónica de silicio y la óptica integrada están transformando la infraestructura de la IA

Los avances en las arquitecturas lógicas y de memoria han contribuido a que la IA se haya convertido en un término de uso común, pero la siguiente limitación a la escalabilidad es cada vez más evidente: los datos deben moverse más rápido, llegar más lejos y hacerlo de forma más eficiente para dar soporte a aplicaciones de IA autónomas, físicas y de alto rendimiento. Este cuello de botella está redefiniendo actualmente la forma en que se diseñan, fabrican, encapsulan e interconectan los semiconductores, lo que plantea retos importantes para el proceso de fabricación y exige nuevas prestaciones a los equipos y sus componentes. 

Cobre: Hazte a un lado, por favor. Deja paso a los fotones 
Las interconexiones eléctricas con cobre para las comunicaciones entre chips han sido durante mucho tiempo la norma. Sin embargo, se ven cada vez más limitadas por los límites de ancho de banda y las restricciones en la integridad de la señal, además de ser un gran consumidor de energía.  

Aquí es donde entran en juego la fotónica de silicio y la óptica integrada (CPO). Al pasar de la transmisión de datos mediante electricidad a la transmisión mediante luz, estas tecnologías abordan uno de los retos comerciales más urgentes de la infraestructura de la IA: transmitir más datos con menos consumo energético, menor latencia y mayor escalabilidad. 

Cómo la fotónica de silicio y el CPO contribuyen a la tecnología «
» La fotónica de silicio acerca los motores ópticos y los circuitos integrados fotónicos (PIC) a los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), como los que se utilizan en los conmutadores de red de los centros de datos.

El paso de los electrones a los fotones aporta numerosas ventajas:  

• Mayor ancho de banda: Los enlaces ópticos pueden transportar muchos más datos que las interconexiones de cobre. Por ejemplo, las plataformas CPO, como las de Nvidia y Broadcom, pueden multiplicar por casi 8 la capacidad de la red en términos de Tbps (terabits por segundo), dependiendo de la configuración.
• Menor consumo energético: la fotónica reduce la pérdida de energía a medida que aumenta la distancia
• Transferencia de datos más rápida gracias a una menor latencia
• Mejor gestión térmica

En pocas palabras, la tecnología CPO acerca los motores ópticos a los componentes informáticos al integrarlos junto a los paquetes de chips o dentro de ellos. Esto reduce la dependencia de las interconexiones de cobre y contribuye a que los datos se transmitan con mayor rapidez y eficiencia. 

Por qué el CPO es importante ahora
La tecnología de vanguardia de facto en los centros de datos actuales son los módulos ópticos enchufables situados en el perímetro del sistema. Ahora, el CPO sitúa los componentes ópticos directamente junto a los ASIC de los conmutadores, lo que reduce la distancia que deben recorrer los datos por vía eléctrica y mejora la escalabilidad de las cargas de trabajo de IA.   

Y estas ventajas son necesarias para respaldar la proliferación constante de la IA en todas sus formas. Las arquitecturas tradicionales, sencillamente, no pueden seguir el ritmo. 

Las principales empresas de semiconductores y de la nube están realizando importantes inversiones en fotónica de silicio y CPO, pasando de la investigación y las implementaciones en nichos de mercado a una fabricación a gran escala. Esta inversión abarca un amplio espectro que incluye fábricas de semiconductores, fabricantes de conmutadores de red, proveedores de servicios en la nube y fabricantes de equipos para semiconductores. Las mejoras en el rendimiento son cada vez demasiado significativas como para ignorarlas, y el mercado evoluciona rápidamente. De hecho, según un informe reciente de IDTechEx, solo el mercado de los CPO crecerá a una tasa compuesta anual (CAGR) del 37 %, hasta alcanzar los 20 000 millones de dólares entre 2026 y 2036. 

Apoyo a la fabricación
La fabricación de fotónica de silicio abarca procesos tanto de fase inicial como de fase final, entre los que se incluyen el grabado, la deposición, el procesamiento en húmedo, la unión híbrida y la integración de encapsulado avanzado, a lo que se suman enfoques emergentes —como los sustratos de vidrio y el procesamiento a nivel de panel— que añaden una mayor complejidad. 

A medida que estas arquitecturas se amplían, el rendimiento de los materiales, el control de la contaminación, la fiabilidad del sellado y la estabilidad térmica cobran cada vez más importancia. 

Aquí entra en escena Greene Tweed: nuestro papel a la hora de hacer posible este punto de inflexión
Estos requisitos plantean un reto tanto en lo que respecta a los materiales como a la arquitectura de los dispositivos. Los componentes utilizados en la fabricación de CPO y fotónica de silicio deben soportar ventanas de proceso más estrictas, al tiempo que protegen el rendimiento óptico en entornos operativos exigentes. La gama de soluciones de sellado de polímeros y compuestos de alto rendimiento de Greene Tweed se adapta de forma única a las exigencias de la fabricación de fotónica de silicio y CPO. Estos materiales ofrecen: 

• Estabilidad térmica excepcional en condiciones de funcionamiento extremas
• Bajas propiedades de desgasificación para proteger los componentes ópticos sensibles
• Resistencia química para garantizar la fiabilidad a largo plazo

Greene Tweed destaca por su colaboración técnica durante la fase inicial de diseño. Un ejemplo de esta experiencia en la práctica es nuestro trabajo de diseño y selección de materiales en soluciones de sellado con exclusión de bordes para la galvanoplastia y la deposición electroquímica. En colaboración con los principales proveedores de equipos, hemos aplicado nuestra experiencia en diseño y materiales para desarrollar soluciones de sellado altamente optimizadas que permiten una limpieza eficaz de las piezas y evitan la acumulación de depósitos en las superficies de sellado. Este trabajo ha contribuido a mitigar los problemas de producción en los sectores de rápido crecimiento del embalaje avanzado y la fabricación de front-end, lo que demuestra nuestra capacidad para resolver retos complejos y reales en la intersección entre la ciencia de los materiales y la innovación en semiconductores. 

Para Greene Tweed, esta evolución supone tanto un cambio tecnológico como un punto de inflexión comercial: los materiales avanzados, el sellado de precisión y la ingeniería colaborativa serán fundamentales para ayudar a los clientes a mejorar el rendimiento de los semiconductores de próxima generación. 

Cuéntanos cuáles son tus retos: 

Si estás investigando en el campo de la fotónica de silicio, el CPO o los retos que plantea el encapsulado avanzado de última generación, Greene Tweed está preparado para ayudarte a resolver problemas relacionados con el escalado, la fiabilidad, la fabricabilidad y la preparación para el encapsulado avanzado. Póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo para descubrir cómo nuestros materiales y nuestra experiencia en ingeniería pueden respaldar su plan de innovación y ayudarle a convertir sus diseños en realidad.