Koniec tradycyjnych połączeń? TSMC zapowiada 50-krotnie wydajniejsze układy AI

Tajwański gigant półprzewodnikowy TSMC ujawnił plany rozwoju platform obliczeniowych, które mają sprostać gwałtownie rosnącemu zapotrzebowaniu na moc obliczeniową sztucznej inteligencji. Dzięki połączeniu zaawansowanych metod pakowania oraz fotoniki krzemowej, przedsiębiorstwo zamierza zwiększyć wydajność systemów aż pięćdziesięciokrotnie do 2029 roku. Równolegle nowa technologia optyczna ma głęboko odmienić rynek przesyłania danych w nadchodzących latach.

Pięćdziesięciokrotny wzrost mocy obliczeniowej w kilka lat

Podczas konferencji SEMICON Taiwan 2026 April Li, odpowiedzialna w TSMC za rozwój biznesu sztucznej inteligencji i systemów obliczeniowych o wysokiej wydajności, przekazała istotne dane. Popyt na moc obliczeniową sztucznej inteligencji rośnie o pięćset procent rocznie, co zmusza do szybkiego szukania nowych rozwiązań technicznych. W odpowiedzi tajwański producent integruje zaawansowane procesy litograficzne, architekturę trójwymiarową oraz fotonikę krzemową w ramach platform obliczeniowych. Integracja systemów SoIC i CoWoS ma doprowadzić do zwiększenia wydajności obliczeniowej aż pięćdziesięciokrotnie do 2029 roku w stosunku do poziomu z 2024 roku. April Li ocenia, że integracja heterogeniczna, czyli łączenie różnych typów układów w jednej obudowie, to jedyna droga do pokonania fizycznych ograniczeń krzemu. Harmonogram zakłada trójwymiarowe łączenie procesów N2P i N3P w 2026 roku, a następnie zaawansowanych struktur w litografii A14 w 2029 roku, co pozwoli na zmniejszenie odległości między stykami do 4,5 mikrona.

Platforma COUPE i redukcja strat sygnału

Ważnym elementem tych planów jest autorska platforma o nazwie COUPE. Rozwiązanie to wykorzystuje zaawansowany montaż do integracji obwodów elektronicznych z układami optycznymi. Dzięki zastosowaniu bardzo małych odległości połączeń, strata sygnału przy prędkości 112 Gb/s wynosi zaledwie 0,06 decybela. Klasyczne metody oparte na mikro-wypukleniach generują straty na poziomie 1,38 decybela. Pozwala to na obniżenie opóźnień w przesyłaniu danych do zaledwie 10 lub 20 nanosekund, znacząco redukując też pobór prądu. W celu dalszego zwiększania przepustowości producent wdraża dwa kierunki rozwoju. Pierwszy zakłada podniesienie prędkości pojedynczego kanału z 200 do ponad 400 Gb/s oraz rozbudowę liczby kanałów z 16 do ponad 128, co podniesie łączną prędkość przesyłu powyżej 12,8 Tb/s. Drugi kierunek opiera się na technice zwielokrotnienia falowego, zwiększając liczbę obsługiwanych długości fal świetlnych z jednej do czterech, ośmiu, a docelowo nawet ponad szesnastu.

Krzemowa fotonika zdominuje rynek nadajników optycznych

Przemiany te znajdują odzwierciedlenie w prognozach rynkowych dla całej branży. K.C. Hsu, wiceprezes TSMC odpowiedzialny za zaawansowane pakowanie, wskazuje, że do 2027 roku fotonika krzemowa obejmie ponad połowę rynku optycznych nadajników i odbiorników. Masowa produkcja rozwiązań typu CPO, czyli układów optycznych współpakowanych z procesorem, ma ruszyć u niektórych dostawców już w drugiej połowie 2026 roku. Hsu opisał optykę jako układ nerwowy nowoczesnych centrów danych. Świadczą o tym twarde dane: sprzedaż optycznych urządzeń nadawczo-odbiorczych wzrosła o 25 procent w 2025 roku, a w 2026 roku ma zyskać kolejne 50 procent. Aby ułatwić wdrażanie tych rozwiązań, TSMC wprowadziło specjalne pakiety projektowe umożliwiające symulowanie działania układów elektronicznych i optycznych przed ich wyprodukowaniem. Narzędzia te współpracują z oprogramowaniem Cadence oraz Synopsys, co przyspiesza prace inżynieryjne. Choć tajwański ekosystem produkcyjny potrafi już precyzyjnie wytwarzać silniki optyczne na dużą skalę, wyzwaniem pozostają inne elementy łańcucha dostaw, w tym lasery, światłowody oraz metody testowania gotowych produktów.