Berichten zufolge stellen NVIDIA und TSMC Prototyp eines fortschrittlichen Silizium-Photonik-Chips vor

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Aktuelle Berichte aus Taiwan deuten darauf hin, dass NVIDIA und TSMC gemeinsam an einem hochmodernen Prototypen für Siliziumphotonik-Chips arbeiten. TSMC, der weltweit führende Auftragschiphersteller, hat seinen Status als fortschrittlichster Chipproduzent insbesondere angesichts der anhaltenden Herausforderungen von Intel untermauert. Siliziumphotonik ist ein bahnbrechendes Herstellungsverfahren, das photonische Schaltkreise mit herkömmlichen elektronischen Schaltkreisen integriert und so die inhärenten Einschränkungen der traditionellen Halbleiterherstellung überwindet. Der Prototyp soll gegen Ende letzten Jahres entwickelt worden sein, wobei beide Unternehmen aktiv optische Verpackungstechnologien erforschen, die die Leistung von KI-Chips verbessern sollen.

Fortschritte in der Chip-Technologie: Die Rolle der Silizium-Photonik

An der Spitze des technologischen Fortschritts von TSMC steht der 2-Nanometer-Prozessknoten. Diese Innovation zeichnet sich durch minimale Gate- und Metallabstände von 45 Nanometern bzw. 20 Nanometern aus. Im Halbleiterdesign bezeichnet der Gate-Abstand den Abstand zwischen benachbarten Gates auf einem Chip, während sich der Metall-Abstand auf den Abstand zwischen Metallverbindungen bezieht. Gates regulieren den Elektronenfluss innerhalb von Transistoren und Verbindungen erleichtern die Kommunikation zwischen Transistoren auf einem Chip.

Die mit dem 2-Nanometer-Knoten verbundenen Herausforderungen unterstreichen eine erhebliche Hürde für Chiphersteller wie TSMC, da die zunehmende Komplexität der Reduzierung dieser Abstände die Skalierbarkeit der Transistoranzahl pro Chip erschwert. Um diese Hindernisse zu überwinden, richtet die Branche ihre Aufmerksamkeit zunehmend auf die Siliziumphotonik als praktikable Lösung.

Die Siliziumphotonik verwendet photonische Transistoren oder integrierte Schaltkreise, die Photonen (Lichtteilchen) anstelle von Elektronen für die interne Chipkommunikation verwenden. Diese Technologie zeichnet sich durch verbesserte Bandbreiten- und Frequenzfähigkeiten aus, wodurch die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit beschleunigt und die Kapazität erhöht wird.

Herkömmliche und Silizium-Photoniktransistoren auf einem CMOS-Wafer. Quelle: Grenouillet et al. (2010). „Auf dem Weg zu optischen Netzwerken auf einem Chip unter Verwendung der CMOS-kompatiblen III-V/SOI-Technologie.“ Konferenz zu Festkörpergeräten und -materialien (SSDM), Tokio. DOI: 10.7567/SSDM.2010.D-6-2.

Die Fähigkeit dieser Transistoren, die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, ohne dass dafür wesentlich fortschrittlichere Fertigungsverfahren erforderlich wären, macht die Siliziumphotonik zu einem attraktiven Forschungsgebiet für die Beteiligten in der Branche, insbesondere da die Erträge aus der Herstellung hochentwickelter Chips allmählich stagnieren.

Ein Artikel des taiwanesischen Nachrichtensenders UDN unterstreicht das große Interesse von NVIDIA an diesem innovativen Ansatz. Darin wird berichtet, dass NVIDIA und TSMC Ende letzten Jahres erfolgreich den ersten Prototyp eines Silizium-Photonik-Chips entwickelt haben. Darüber hinaus untersuchen beide Unternehmen optoelektronische Integrationstechnologien sowie fortschrittliche Verpackungslösungen.

Die optoelektronische Integration ergänzt die Siliziumphotonik durch die Zusammenführung von Komponenten, die Licht manipulieren – wie Laser und Fotodioden – mit elektronischen Komponenten – wie Transistoren – auf einem einheitlichen Wafer.

Als wichtigster Fertigungspartner von NVIDIA hat TSMC stets zuverlässige Leistung und hohe Erträge geliefert und sich damit den Ruf als bevorzugter Partner führender Technologieunternehmen gesichert. Die KI-Chips von NVIDIA sind zwar leistungsmäßig führend auf dem Markt, ihre Verfügbarkeit ist jedoch aufgrund von Einschränkungen bei der Verpackungskapazität und erhöhten Produktionskosten eingeschränkt.

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