ST relance sa photonique sur Si en production de masse à Crolles
STMicroelectronics a mis au point une technologie photonique sur silicium pour les modules optiques de nouvelle génération à 800 Gb/s et 1,6 Tb/s dans les centres de données.
Le process PIC100 de photonique sur silicium (SiPHo) sur des wafers de 300 mm à Crolles en France permet d’intégrer plusieurs composants complexes dans une seule puce, tandis que la technologie BiCMOS propriétaire de ST de la prochaine génération apporte un traitement des données ultra-rapide et à faible consommation d’énergie.
Selon Vincent Fraisse, directeur général du sous-groupe des communications RF et optiques chez STMicroelectronics, cette évolution est due à l’essor de l’IA, tant pour les interconnexions dans les racks que pour les liaisons entre puces.
« Dans la nouvelle ère des serveurs d’intelligence artificielle dont tous les éléments sont interconnectés optiquement, ST dispose de la technologie nécessaire pour relever les défis des centres de données en matière de performances accrues et d’efficacité énergétique pour l’alimentation électrique et l’interconnexion », a-t-il déclaré. « L’essor de l’IA renforce la nécessité d’améliorer les performances et, plus important encore, l’efficacité énergétique dans les centres de données.
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L’entreprise se lance dans la production de masse de composants photoniques en silicium à Crolles, en France, sur des plaquettes de 300 mm, avec des rendements comparables à ceux des composants numériques.
« Nous pensons que nous disposons de la meilleure technologie BiCMOS pour les circuits électro-intégrés (EIC) mais, plus important encore, la plupart des conceptions s’orientent vers la photonique au silicium. Cela permet une plus grande portée à une vitesse plus élevée, ce qui pourrait même réduire la portée du cuivre à courte distance. Ce gain de performance peut être utilisé pour améliorer la consommation d’énergie en fournissant un meilleur signal afin de supprimer le DSP et d’économiser de l’énergie.
« Nous avions décidé d’attendre car le marché n’était pas prêt, mais nous pensons que maintenant il est prêt. Nous pensons qu’il s’agit de la seule technologie de 300 mm avec 200 Gbit/s par voie. Nous pouvons attacher la fibre au bord du PIC pour réduire les pertes et faciliter l’intégration des modules co-packagés et enfichables », a déclaré M. Fraisse.
« Cela représente la première étape pour notre famille de produits PIC et, grâce à une étroite collaboration avec des partenaires clés sur l’ensemble de la chaîne de valeur, notre ambition est de devenir un fournisseur clé de plaques de silicium photonique et BiCMOS pour le marché des centres de données et des clusters d’intelligence artificielle, qu’il s’agisse d’optique enfichable aujourd’hui ou d’E/S optiques demain « , a déclaré Remi El-Ouazzane, président du groupe Microcontrôleurs, circuits intégrés numériques et produits RF chez STMicroelectronics.
Amazon Web Services (AWS), qui possède ses propres puces d’apprentissage et d’inférence de l’IA, est un client clé de ce développement. « AWS a été étroitement impliqué dans le développement de la photonique sur silicium et nous avons également coopéré avec le principal fournisseur de modules optiques pour les systèmes à 1,6 Tbit/s », a déclaré M. Fraisse.
« PIC100 permettra l’interconnexion entre n’importe quelle charge de travail, y compris l’intelligence artificielle (IA). AWS travaille avec STMicroelectronics sur la base de ses capacités démontrées à faire du PIC100 une technologie SiPho de premier plan pour le marché de l’optique et de l’IA « , déclare Nafea Bshara, vice-président et ingénieur émérite chez Amazon Web Services.
Un autre marché s’ouvre à SiPho, celui de l’interconnexion de puce à puce. Il s’agit d’un domaine clé pour des entreprises en démarrage telles que Celestial AI et Lightmatter.
« ST fournira tous les outils nécessaires à la réalisation de ces E/S optiques au sein de la plate-forme de conception PIC100 », ajoute-t-il.
Le BiCMOS pour les dispositifs EIC utilise le processus B55 et B55x silicium-germanium (SiGe) développé dans le cadre du projet SHIFT pour les composants RF et est maintenant utilisé pour un amplificateur à trans-impédance (TIA) de 200 Gbit/s/voie.
« Nous avons 20 clients à grande échelle qui conçoivent des EIC et nous sommes de plus en plus sollicités. Nous pouvons prendre en charge l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement, de la conception de la puce à l’assemblage et aux essais électro-optiques, ce qui constituera une offre précieuse pour nos clients », a-t-il déclaré.
Le processus PIC100 sur substrat SOI offre une largeur de bande de 50 GHz avec des guides d’ondes en silicium et en nitrure de silicium (SiN), des diodes SiGe avec un cœur épais pour coupler la fibre au bord d’une puce avec de faibles pertes.
« Nous rapprochons l’interconnexion optique le plus possible du GPU. Vous connectez le SERDES à un moteur d’E/S optique construit à partir de l’EIC, modulé par le PIC et connecté à la fibre. Le laser est externe et construit avec une technologie III-V et couplé au PIC.
Un kit de développement de processus (PDK) pour PIC100 aidera les développeurs de puces à utiliser la technologie. « Il existe un PDK ouvert à tous nos clients, basé sur des dispositifs que nous avons développés chez ST avec un modulateur de référence, des photodiodes, des guides d’ondes, un mux et un demux, mais nous prendrons également en charge la personnalisation des différents dispositifs », a déclaré M. Fraisse. « Ce qui est important pour nous, c’est le rendement et la fiabilité pour que la solution soit viable dans un cluster d’intelligence artificielle.
La technologie PIC sera mise en œuvre dès cette année, au deuxième semestre 2025. « Nous constatons aujourd’hui une montée en puissance de 200 Gbit/s/voie et nous pouvons voir que de nouvelles générations arrivent tous les deux ans et que nous avons constaté une forte accélération. Je m’attends donc à 400 Gbit/s par voie dans deux ans avec un déploiement important dans l’infrastructure », a-t-il déclaré.
« C’est le bon moment pour ST d’introduire une nouvelle technologie photonique sur silicium à haut rendement énergétique et de la compléter par une nouvelle génération de BiCMOS pour que nos clients puissent concevoir la prochaine vague de produits d’interconnexion optique, qui permettront des solutions à 800Git/s et 1,6Tbit/s pour les hyperscalers », a déclaré M. El-Ouazzane.
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