Rumor tentang TSMC yang memiliki program fotonik silikon telah beredar sejak lama, dan pada Simposium Teknologi Amerika Utara 2024, perusahaan tersebut akhirnya menguraikan solusinya. Tujuannya adalah untuk meningkatkan konektivitas dalam paket, yang mencakup bandwidth hingga 12,8 Tbps.
“Seiring dengan semakin banyaknya kemampuan komputasi yang kami bawa ke dalam kemasan massal, transfer data menjadi sebuah tantangan, namun kami sering kali dibatasi oleh vendor I/O,” kata Kevin Zhang, Wakil Presiden Pengembangan Bisnis di TSMC. “Di TSMC, kami telah menghabiskan waktu bertahun-tahun mengerjakan fotonik silikon. Kami memiliki kemampuan untuk mendekatkan fotonik silikon dengan elemen peralihan guna menciptakan sinyal berkecepatan tinggi yang sangat hemat energi guna memenuhi kebutuhan komputasi di masa depan.”
Fotonik silikon akan menjadi pengubah permainan bagi pusat data masa depan karena meningkatnya kebutuhan bandwidth yang tidak dapat dipenuhi oleh sinyal tembaga. Teknologi fotonik silikon TSMC mengandalkan Compact Universal Photonic Engine (COUPE) yang menggabungkan sirkuit terintegrasi elektronik (EIC) 65nm dengan sirkuit terintegrasi fotonik (PIC) menggunakan teknologi pengemasan SoIC-X milik perusahaan. TSMC mengklaim interkoneksi SoIC-X miliknya memiliki impedansi yang sangat rendah, yang berarti COUPE sangat efisien dalam penggunaan daya.
Lintasan pengembangan COUPE memiliki tiga fase utama. Produk fotonik silikon pertama TSMC adalah mesin optik untuk konektor OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) yang memiliki kecepatan transfer data 1,6 Tbps, dua kali lipat maksimum solusi Ethernet tembaga tingkat atas saat ini. Iterasi awal ini menjanjikan tidak hanya bandwidth yang unggul namun juga peningkatan efisiensi daya, mengatasi dua permasalahan penting dalam pusat data modern. COUPE generasi berikutnya bertujuan untuk mendorong batasan lebih jauh.
Fotonik silikon generasi kedua akan mengintegrasikan COUPE ke dalam kemasan CoWoS (Chip on Wafer on Silicon) dan dilengkapi optik yang dikemas bersama dengan sebuah saklar. Ini akan memungkinkan interkoneksi optik tingkat motherboard dengan kecepatan hingga 6,4 Tbps.
Generasi ketiga menargetkan kecepatan transfer hingga 12,8 Tbps dan dirancang untuk diintegrasikan ke dalam kemasan prosesor. Iterasi ini masih dalam tahap penjajakan, belum ada jangka waktu rilis pasti. TSMC mengatakan pihaknya sedang mempertimbangkan pengurangan lebih lanjut dalam penggunaan daya dan latensi.
Poros strategis TSMC ke pasar fotonik silikon, yang sebelumnya didominasi oleh perusahaan seperti GlobalFoundries, menunjukkan perubahan signifikan dalam lanskap persaingan. Dengan menerapkan Mesin Optik 3D, TSMC tidak hanya memasuki bidang konektivitas pusat data yang penting, namun juga berencana mengurangi konsumsi daya teknologi fotonik silikon secara signifikan. Hal ini dapat berdampak signifikan terhadap desain chip di masa depan, khususnya di bidang beban kerja AI di mana komunikasi menjadi hambatan yang signifikan.