TSMC réduit le délai du PDK SiN, Nvidia se tourne temporairement vers Tower Semiconductor

Nvidia a décidé de mettre temporairement de côté la solution d’intégration optique en co-packaging du COUPE de TSMC (Compact Universal Photonic Engine) et d’opter plutôt pour la plateforme de photonique sur silicium de Tower Semiconductors ; d’après l’analyse d’ingénierie d’Irrational Analysis, la principale raison ayant poussé Nvidia à activer le Plan B est le retard du développement du PDK en nitrure de titane chez TSMC, ainsi que le fait que le développement des coupleurs à réseau de 2D n’a pas atteint les performances attendues.

Sortie du Plan A : le COUPE de TSMC face à un retard du PDK SiN et à une erreur sur le coupleur à réseau 2D

D’après l’analyse d’ingénierie d’Irrational Analysis, la plateforme COUPE de TSMC fait face aux deux principaux goulets d’étranglement techniques suivants :

Retard de développement du PDK en nitrure de titane (SiN) : le kit de conception de processus photonique sur silicium (PDK) de TSMC est livré avec retard, ce qui affecte directement le calendrier de conception des circuits des clients en aval ; le retard du PDK SiN ne touche pas seulement Nvidia, mais plusieurs sociétés de conception de puces d’IA évaluent aussi la chaîne photonique sur silicium de TSMC, et les calendriers de conception en aval sont décalés en même temps.

Erreur sur le coupleur à réseau de 2D : le développement des coupleurs à réseau 2D haute densité n’atteint pas les spécifications, ce qui impacte directement l’efficacité d’accouplement des signaux optiques, et entraîne un retard dans l’avancement de la solution COUPE.

La plateforme COUPE de TSMC constitue son écosystème d’« engine » photonique universel, avec pour objectif de standardiser et de rendre interchangeables les composants optiques comme s’il s’agissait de transistors ; la technologie CPO intègre directement les lasers à côté de la puce d’échange, ce qui permet de réduire fortement la distance de transmission des signaux optiques, tout en diminuant la consommation et les pertes de signal.

Plan B : entrée en scène avec les spécifications techniques et le coût en performances de l’architecture NPO de Tower Semiconductors

D’après l’analyse d’Irrational Analysis, les spécifications techniques de l’architecture NPO de Tower Semiconductors vers lesquelles Nvidia se tourne sont les suivantes : modulation PAM4 à 200G/400G (remplaçant la modulation NRZ de 50-64G initiale) ; 16 longueurs d’onde DWDM (doublant les 8 longueurs d’onde du Plan A afin de compenser le problème d’efficacité d’utilisation de la bande passante plus faible du NPO) ; un égaliseur (EQ) et un driver (car NPO implique des canaux électriques plus longs, donc davantage de réflexions ; la capacité de bump est un facteur clé).

Cependant, la solution Tower a aussi deux coûts : une densité de canaux plus faible (il faut davantage de longueurs d’onde pour atteindre la même bande passante) et une efficacité énergétique plus faible (la puissance et les besoins en bruit des lasers à réseau augmentent de façon exponentielle ; les exigences en SNR montent, alourdissant la charge des lasers).

Questions fréquentes

Pourquoi Nvidia abandonne-t-il la solution COUPE de TSMC et se tourne vers Tower Semiconductors ?

D’après l’analyse d’ingénierie d’Irrational Analysis, la raison principale tient à deux goulets d’étranglement techniques : le retard de développement du PDK en nitrure de titane (SiN) de TSMC, ainsi que le fait que le développement des coupleurs à réseau de 2D n’a pas atteint les spécifications. Ces deux problèmes affectent directement le calendrier de l’architecture réseau de nouvelle génération de Nvidia, poussant Nvidia à lancer une solution de remplacement (Plan B) et à se tourner vers l’architecture NPO de Tower Semiconductors.

Quelle est la base technologique de la photonique sur silicium chez Tower Semiconductors ?

D’après les informations rapportées, Tower Semiconductors est l’usine de semi-conducteurs sous l’égide d’Infineon ; sa technologie de photonique sur silicium provient de plusieurs années de R&D en circuits photoniques intégrés et optoélectroniques en Allemagne, avec notamment une expérience de production en série mature dans les domaines Datacom et Telecom. Le fait que Nvidia se tourne vers Tower montre que la voie de la photonique sur silicium n’est pas monopolisée par TSMC seule.

Quel impact plus large le retard du PDK SiN du COUPE de TSMC a-t-il sur l’industrie ?

D’après les informations rapportées, la plateforme COUPE de TSMC n’est pas utilisée uniquement par Nvidia : plusieurs entreprises de conception de puces d’IA évaluent aussi la chaîne photonique sur silicium de TSMC ; le retard du PDK SiN signifie que les calendriers de conception en aval sont décalés en même temps, avec une portée qui dépasse celle de Nvidia seule. Le calendrier de développement précis dépendra des annonces officielles de TSMC.