High Bandwidth and Energy Efficient Electrical-Optical System Integration Using COUPE Technology

带宽(计算) 计算机科学 光电子学 电子工程 电信 材料科学 工程类
作者
Chih-Hsin Lu,Chia-Chia Lin,Tzu-Chun Tang,Chung‐Yi Lin,Jay Chang,Chung-Hao Tsai,Harry Hsia,J. C. Twu,C. S. Liu,Gene Wu,Kuo‐Chung Yee,Douglas Yu
标识
DOI:10.1109/ectc51529.2024.00144
摘要

Various optical engine architectures are proposed to overcome insufficient bandwidth and high-power consumption of electrical links for generative AI applications. This paper depicts a compact universal photonic engine (COUPE) with system-on-integrated-chip (SoIC) bond for a high-bandwidth and energy efficient optical link. SoIC bond is a bump-less interconnect for 2.5D/3D system integration. The scaling of SoIC bond not only eliminates the parasitic of electrical IC (EIC) and photonic IC (PIC) but also increases the density of micro-ring modulators and photodetectors. The overall system performances of XPU-to-XPU with optical interconnect using COUPEs are studied. Regarding the transmitter design in COUPE, SoIC-based optical engine (OE) can offer 23x more bandwidth density than the solder-bump based OE. On the receiver side, SoIC bond with low capacitance improves the sensitivity of transimpedance amplifiers (TIA), reducing laser power consumption by over 40%. Moreover, the enhanced interposer is proposed to improve the energy efficiency and bandwidth of EIC-to-XPU and XPU-MEM. The integration of electrical-optical systems using COUPE and enhanced interposer enables a super GPU platform for future generative AI applications.

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