MicroLED光互连迈向Terabit等级

01.AI基础设施面临的频宽瓶颈
      AI加速器每一代都需要在更短距离内搬运更多数据，且速度持续提升，使负责传输数据的实体连结逐渐成为系统设计中的限制因素。当GPU、客制化XPU与高频宽存储器彼此靠得更近，且被要求在之间传送Terabit等级的流量时，长期支撑通用运算的铜导线与缆线正逐渐不敷使用。铜互连随着距离与数据率提高，讯号质量迅速劣化，驱动讯号通过电阻性损耗所耗费的能量不成比例地增加，而AI等级频宽所需要的大量平行通道，也压缩了电路板或背板上可用的布线密度。以激光为基础、常与硅光子搭配的传统光互连方案，虽然能将传输距离延伸到远超过铜导线所能及之处，却也带来自身的限制：激光光源对温度敏感，即使在待机状态仍消耗相当可观的功率，隔离器、调变器与精密对准光学元件所增加的成本与可靠度风险亦不容忽视。半导体业界持续寻找一种方法，既能保留光学连结在传输距离与频宽密度上的优势，又能避免激光为数据中心机柜带来的功率、成本与热管理负担。Avicena近期出货的1 Tbps LightBundle验证套件，是朝这个方向迈出的具体一步，也提供了观察无激光光互连架构如何被实际建构与验证的机会。

02.以MicroLED取代激光的原因
      Avicena作法的核心，是以MicroLED取代光互连中传统的光源元件，也就是激光二极管。MicroLED是一种制作在极小尺寸下的发光二极管，与激光不同，不需要光反馈、精确的电流阈值，也不需要严格的热管理才能维持在狭窄的工作范围内。当系统中需要塞入数千个光通道，且这套系统还必须承受AI服务器内部偏高的温度时，这项特性就显得相当重要。激光的效能通常会随着环境温度上升而劣化，最坏情况甚至失效，迫使设计者额外增加散热或降低效能规格运作。MicroLED对温度变化的耐受度天生较高，且由于每颗MicroLED都是体积小、结构简单、直接调变的元件，而非精密的激光共振腔，其阵列可以用较接近显示器制程、而非激光制造制程的方式，在高密度与低成本下量产。这么做的代价，是单颗MicroLED所发出的光功率较低，每通道调变速率也低于激光，因此这套架构改以大量通道平行运作来补足，而非仰赖少数通道达到极高速率。这正是Avicena LightBundle技术所采取的策略，也是这套平台在外观与运作方式上，与传统激光光收发模块有明显差异的原因。

03.LightBundle架构解析
      LightBundle串接三个主要部分。在发射端，密集排列的MicroLED阵列由电性数据讯号直接驱动，每颗MicroLED各自作为一个独立的光通道。阵列并非让每个通道各自耦合进一条光纤，而是耦合进一条multicore光纤束——一条包含许多个别光纤芯的单一缆线，即使通道数量成长到数百个，仍能维持实体互连的紧凑。在接收端，每个光纤芯所传来的光，会落在整合式光电二极管阵列中对应的元件上，并将光讯号转换回电讯号，供接收端芯片使用。由于这条链路中的每个环节——MicroLED发射器、光纤芯、光电二极管元件——都是简单、体积小且可重复制作的单元，整套架构是透过增加平行通道数来扩充，而非把单一通道推向更高、更难达成的速率。这与以硅光子为基础的CPO或pluggable模块所采取的工程思路有明显不同，后者通常仰赖数量较少、速率极高的通道，再利用波长或偏振等技巧多工进单一光纤。LightBundle的作法则倚重LED等级元件的可制造性与低单位成本，靠大量平行通道达到Terabit等级的总频宽，同时让单一通道的功耗与热特性维持在较温和的水平。

04.1 Tbps eKit完整验证平台
      Avicena新出货的验证套件，把这套架构化为客户工程团队今天就能架设在实验桌上的硬件。这款eKit以一组335通道的MicroLED发射阵列为核心，每个通道最高可调变至3 Gbps，透过Avicena的multicore光纤束，耦合到接收端一组对应的335元件整合式光电二极管阵列。以通道数乘以每通道速率，得出这套平台最高可达1 Tbps的总合原始传输量，这样的数据率，过去只能仰赖特殊的激光光学方案，或数量庞大的分离式铜缆连结才能达成。实体套件将发射与接收模块分别封装在屏蔽外壳中，以光纤束相连，并搭配用于在每个模块间传递高速电性数据的同轴缆线，全部安装在单一验证机箱上，让连结效能可以在真实、可重复的条件下量测，而不是在松散搭建的实验桌环境中测试。