曦智科技提出片上光网络技术 提升单芯片性能

这个秋天，随着苹果公司搭载A17 pro芯片的最新款iPhone开始发售，电子芯片正式进入3nm时代，制程工艺迭代的空间越来越小，想要在单个芯片上增加晶体管的密度越来越难。

既然很难在单个芯片上集成更多的晶体管，业界开辟出新的思路，利用先进封装工艺，将多个芯粒封装在同一块基板上，进而扩大芯片的总面积以提升晶体管数量，这就是芯粒系统。封装内芯粒间和芯粒内形成的互连网络，也因此被称为片上网络。

然而，芯片面积增大，意味着数据传输的距离变长。而在纯数字电路中，每个计算单元（芯粒）更适合与相邻的单元进行数据搬运，如果要和较远距离的单元进行通信，往往需要将数据通过相邻单元逐个搬运，芯片性能的提升带来的是延迟和功耗的加大，其边际成本越来越高。

为了寻找更理想的片上互连解决方案，曦智科技基于大规模光电集成，提出了片上光网络（Optical Network on Chip, oNOC）技术，引入光子芯片作为数据传输枢纽，助力芯粒系统提升整体硬件使用效率 。

从物理特性上来看，光在传输时对于距离不敏感，在单个封装系统中，传输几厘米和几毫米，其功耗和延迟在本质上没有区别，因此我们可以用光建造长距离的“高速通信网络 ”，支持多达数十个以上的电芯粒互连。在需要通过扩大芯片面积来换取算力提升的情境下，传输的距离越长，光的优势将越明显。

另一方面，片上光网络能够实现更灵活、更复杂的拓扑结构，并且适合于任意物理位置的两个计算单元（芯粒）之间的传输，让计算机架构设计更加灵活，优化系统工作，提高整体利用率。

如果将芯片内的数据传输视为在两地间通行，片上光互连就好像给只有马路的城市加上了地铁和高架桥，让通行更高效省力。 

基于oNOC技术，曦智科技推出首个用于特定领域人工智能（AI）工作负载的片上光网络（oNOC）处理器——Hummingbird（点击查看更多），采用先进的封装技术，将一块光芯片和一块电芯片进行垂直堆叠，集成为一个系统级封装（System in Package, SiP），在系统中，光芯片作为片上网络，负责电芯片上各个核间的信息传输。

通过光芯片上的U型光波导，电芯片的64个核之间可实现all-to-all全通道广播，从而显著降低系统延迟，提升单芯片性能。

片上光网络可从单个芯片内的数据互连扩展至晶圆级互连网络，以支持大规模芯粒架构。借助oNOC，将工作负载映射到不同硬件变得更加容易，为计算系统设计选择合适的拓扑结构也变得更加灵活。

曦智科技通过片上光网络与光子矩阵计算、片间光网络打造的光电混合计算新范式，将从单节点纵向提升和多节点横向扩展的不同维度，突破算力增长瓶颈的制约，持续为客户提供更高算力、更低延迟、更低功耗的解决方案。

关于曦智科技曦智科技(Lightelligence)成立于2017年，是全球光电混合计算领军企业。公司凭借在集成光子领域的开创性技术和全球顶尖的集成电路技术研发团队，致力于在计算需求爆发的时代，为客户提供一系列算力跃迁解决方案，与客户共建更智能、更可持续的世界。曦智科技从光子矩阵计算(oMAC)、片上光网络(oNOC)和片间光网络(oNET)三大核心技术出发，打造光子计算和光子网络两大产品线，与大数据、云计算、金融、自动驾驶、生物医药、材料研究等领域客户开展紧密合作，持续为客户提供更具创造性的高效算力支撑。

审核编辑：汤梓红