为什么选择光互连，而不是铜？

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

Celestial AI联合创始人谈Marvell收购案。

在人工智能支出已开始呈现出如同“国家基础设施计划”般规模的一年里，Celestial AI选择不再作为一家独立的初创公司继续单打独斗。该公司联合创始人兼首席运营官Preet Virk表示，出售给Marvell的决定并非单纯为了追求规模，而是基于对物理学、效率和时机的考量。

Celestial AI已签署被Marvell收购的最终协议，该交易预计将于2026年第一季度完成。在此之前，两家公司在法律上仍保持独立。

然而，Virk认为这种结合的逻辑已然清晰。他指出，AI的资本支出正接近美国GDP的3%，这一水平仅在历史上的特殊时刻（如铁路繁荣期或二战期间的工业动员）才出现过。超大规模企业不再只是单纯购买加速器；他们正在建造他所称的“AI工厂”——即旨在以工业规模生产Token的系统。

闲置算力：70%的难题

问题在于，这些工厂极其低效。领先模型的浮点运算利用率仍然低于30%，这意味着大约70%的昂贵计算资产处于闲置状态，它们等待的不是指令，而是数据。

按照Virk的说法，这正是Celestial AI的切入点。Marvell已经具备了网络、安全和数字信号处理能力。Celestial则提供了缺失的互连环节，将这些元素结合成一个连贯、高利用率的系统。他说，这两个产品组合是共生的。

Celestial方法的核心是其所谓的“光子织物(Photonic Fabric)”，该架构基于Virk描述的世界首款将光学输入和输出(I/O)置于裸片中心而非边缘的芯片。

传统设计将芯片的边缘视为I/O的“海滨黄金地段”。通过将光学器件移至中心，Celestial释放了边缘空间用于DDR、HBM、PCIe和CXL控制器。其结果是一个光学内存设备，能够将高达33TB的内存连接到一个XPU，且完整的往返延迟低于200纳秒。

Virk认为这至关重要，因为生成式AI推理模型对计算和内存的需求是不对称的。客户经常购买超出需求的加速器，仅仅是为了获得额外的高带宽内存。光学连接允许内存独立扩展，从而提高利用率并降低整体系统成本。

连接的四种尺度

Celestial将其技术框架划分为四种不同的连接“尺度”：

1.封装内扩展(Scale-in)：指单个封装内的链路。由于Celestial的调制器可以承受先进封装内部的热量，多达10个裸片可以通过光学方式连接在一起。

2.纵向扩展(Scale-up)：涵盖跨多个机架连接数千个GPU，这是铜缆在超过几米后难以跨越的距离。Celestial的光学器件可覆盖约50米。

3.横向扩展(Scale-out)：描述通过以太网交换机实现的Pod到Pod连接，这是Marvell既有的优势领域。

4.跨越扩展(Scale-across)：通过高带宽光导管连接多个数据中心。

能效作为差异化优势

能效是该公司的核心差异化优势。Celestial的互连运行能耗约为每比特2.4皮焦耳，而其主要竞争对手约为6到7皮焦耳。

在大规模系统中，差异更为明显。使用铜缆和NVLink的纵向扩展(Scale-up)操作每比特可能消耗约53皮焦耳。Celestial声称能以低于15皮焦耳的能耗实现相同的功能。

Virk指出，数据中心现在一半以上的能源预算用于移动数据而非执行计算。如果能削减这部分成本，同一设施就能生产大约两倍的Token。

此外，他还表示，物理学施加了一个硬性限制。铜缆互连最终将停滞不前，可能会在拥有144或172个通道的NVLink世代左右触顶。要连接一千个GPU，光学技术不是可选项，而是必然项。

通过设计实现热稳定性

将光学器件引入先进封装内部的技术障碍之一是热量。

多千瓦级系统会产生动态热条件，导致许多光学元件不稳定。Celestial避免使用对温度波动敏感的微环调制器(micro-ring modulators)，转而使用电吸收调制器。

这些调制器具有热稳定性，尺寸与微环相当，并且可以放置在驱动器附近。这种近距离放置降低了电容和功耗，同时允许调制器像ASIC温度变化一样快速响应。

在制造方面，Celestial的电气IC基于台积电的4或5纳米工艺构建。台积电在断定该方法具有真正的独特性后，通过其VentureTech部门投资了该公司。在Marvell的支持下，Virk预计双方的关系将更加紧密。

他坚持认为，封装工艺特意保持了非奇异性(unexotic)。该公司使用标准的类CoWoS流程，提供其自有的光学芯粒以及用于光纤连接的详细工艺“配方”。这些已获专利的配方旨在以低成本提供高质量，并且不绑定任何单一的外包组装和测试(OSAT)供应商。另一项专利涵盖了一种玻璃块透镜插入方法，允许光学组件经受住标准的包覆成型工艺。

同时，带宽是通过设计而非固定的产品定义来扩展的。Celestial的IP宏单元足够紧凑，每毫米可提供接近每秒1.5太比特的传输速率。客户可以根据需要部署任意数量，以达到8、14或16Tbps的总带宽。波分复用技术通过在每根光纤上发送多个波长，进一步减少了光纤数量。

产品路线图

产品路线图反映了同样的模块化理念。用于纵向扩展(Scale-up)系统的共封装光学器件预计将在2026年下半年展示成果。

光学多芯片接口旨在使大型多裸片封装在软件看来像是一个单一实体。光子织物网络接口卡(NIC)将赋予传统服务器原生光学连接能力。而围绕那33TB数字构建的内存设备，则旨在作为加速器内存的机架级扩展。

当被问及Lightmatter或Ayar Labs等竞争对手时，Virk先生拒绝进行逐点比较。相反，他指向了部署情况、客户以及Marvell的选择。他说，收购方考察了该领域并选择了Celestial，他将这一决定描述为一张信任票，而不仅仅是营销辞令。

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