TSMC Coupe Silicon PDK bị trì hoãn, Nvidia tạm thời chuyển sang Tower Semiconductor

NVIDIA đã quyết định tạm thời từ bỏ giải pháp đóng gói quang học COUPE (Compact Universal Photonic Engine) của TSMC, chuyển sang dùng nền tảng quang tử trên silic (silicon photonics) của Tower Semiconductor; theo phân tích kỹ sư của Irrational Analysis, nguyên nhân chính khiến NVIDIA khởi động Plan B là việc phát triển PDK nitrua titan (nitride of titanium, SiN) của TSMC bị trễ, cùng với việc bộ ghép ghép lưới quang 2D (2D grating coupler) phát triển không đạt kỳ vọng.

Plan A rút lui: COUPE của TSMC gặp độ trễ SiN PDK và bộ ghép lưới quang 2D sai sót

Theo phân tích kỹ sư của Irrational Analysis, hai nút thắt kỹ thuật then chốt mà nền tảng COUPE của TSMC đang đối mặt như sau:

Độ trễ phát triển PDK nitrua titan (SiN): bộ công cụ thiết kế quy trình quang tử trên silic (PDK) của TSMC bị trì hoãn khi ra mắt, trực tiếp ảnh hưởng đến mốc thời gian thiết kế mạch của khách hàng phía sau; độ trễ của SiN PDK không chỉ tác động đến NVIDIA, mà nhiều công ty thiết kế chip AI cũng đang đánh giá quy trình quang tử trên silic của TSMC, khiến lịch trình thiết kế hạ nguồn bị đẩy lùi đồng thời.

Sai sót bộ ghép lưới quang 2D: việc phát triển bộ ghép lưới quang 2D mật độ cao không đạt thông số kỹ thuật, trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu suất ghép tín hiệu quang, dẫn đến tiến độ của giải pháp COUPE bị chậm lại.

Nền tảng COUPE của TSMC là nền tảng động cơ quang tử đa dụng của hãng, hướng đến việc chuẩn hóa và làm cho các linh kiện quang hoạt động như điện transistor, có thể thay thế lẫn nhau; công nghệ CPO đóng gói trực tiếp laser cạnh chip chuyển mạch, có thể rút ngắn đáng kể khoảng cách truyền tín hiệu quang, giảm mức tiêu thụ điện năng và suy hao tín hiệu.

Plan B lên ngôi: Tower Semiconductor NPO với thông số kỹ thuật và hiệu năng

Theo phân tích của Irrational Analysis, các thông số kỹ thuật của kiến trúc NPO mà NVIDIA chuyển sang Tower Semiconductor như sau: điều biến 200G/400G PAM4 (thay thế loại 50-64G NRZ ban đầu); 16 bước sóng DWDM (gấp đôi so với Plan A là 8 bước sóng, nhằm bù cho vấn đề hiệu suất băng thông thấp hơn của NPO); bộ cân bằng (EQ) và bộ kích (driver) mạnh hơn (do kênh điện của NPO dài hơn, phản xạ nhiều hơn, tụ điện bump là yếu tố then chốt).

Tuy nhiên, phương án Tower cũng có hai khoản “đánh đổi”: mật độ kênh thấp hơn (cần nhiều bước sóng hơn để đạt cùng mức băng thông) và hiệu suất công suất kém hơn (công suất và yêu cầu về tạp âm của laser dạng cách tử tăng theo cấp số mũ, buộc phải nâng yêu cầu SNR, khiến gánh nặng lên laser nặng hơn).

Câu hỏi thường gặp

Vì sao NVIDIA từ bỏ giải pháp COUPE của TSMC, chuyển sang Tower Semiconductor?

Theo phân tích kỹ sư của Irrational Analysis, nguyên nhân chủ yếu là hai nút thắt kỹ thuật: độ trễ phát triển PDK nitrua titan (SiN) của TSMC, và việc bộ ghép lưới quang 2D không đạt thông số kỹ thuật. Hai vấn đề này trực tiếp ảnh hưởng đến mốc thời gian cho kiến trúc mạng thế hệ tiếp theo của NVIDIA, buộc NVIDIA phải kích hoạt phương án thay thế (Plan B), chuyển sang kiến trúc NPO của Tower Semiconductor.

Nền tảng công nghệ silicon photonics của Tower Semiconductor là gì?

Theo báo cáo, Tower Semiconductor là nhà máy gia công bán dẫn thuộc hệ sinh thái của Infineon; công nghệ silicon photonics của Tower bắt nguồn từ nhiều năm nghiên cứu mạch tích hợp quang-điện ở Đức, đặc biệt là có kinh nghiệm sản xuất đại trà trưởng thành trong các mảng Datacom và Telecom. Việc NVIDIA chuyển sang Tower cho thấy “cuộc đua” silicon photonics không phải do riêng TSMC độc quyền.

Độ trễ SiN PDK của COUPE TSMC có tác động rộng hơn thế nào đến ngành?

Theo báo cáo, nền tảng COUPE của TSMC không chỉ được NVIDIA sử dụng, mà nhiều công ty thiết kế chip AI cũng đang đánh giá quy trình silicon photonics của TSMC; việc SiN PDK bị trễ đồng nghĩa lịch thiết kế ở hạ nguồn bị đẩy lùi theo, phạm vi ảnh hưởng vượt ra ngoài NVIDIA. Tiến độ phát triển cụ thể do TSMC công bố chính thức.