除了对存储技术发展与价格本身的预期之外，共封装光学（CPO）似乎成了存储厂商当下正尝试续写的“新故事”。

8月20日，SK海力士与弗吉尼亚大学等机构的研究人员在顶级科学期刊《自然·电子学》（Nature Electronics）联合发表论文，系统阐述了共封装光学（CPO）技术在高性能计算与AI领域的发展路线图。这是SK海力士首次在该级别期刊公开其AI互联架构的技术蓝图。

SK海力士发布CPO技术路线图（图源：SK海力士官网）
该论文认为，HBM虽然解决了芯片内部的内存瓶颈，但随着AI集群规模扩展至数千块GPU，机架与机架之间的数据传输已成为新的制约——即“带宽墙”。CPO则被定位为突破这一瓶颈的关键路径。

通过发布CPO技术路线图的方式，SK海力士实际上也在对外宣告——存储公司的故事可不仅仅只有存储本身，CPO正成为提升存储公司长期估值的新篇章。

从芯片到系统：CPO是实现HBM系统级创新的关键

如今，超大规模AI模型已不再依赖单个芯片或服务器进行训练，而是运行于由机架和计算节点组成的庞大网络之上。在这些架构中，系统的整体性能不仅取决于处理器、内存与AI加速器之间的互联，还取决于数据在各机架间传输的效率。

从实际应用场景来看，如今AI计算的吞吐量每两年便增长3倍，而互连带宽在同一时期仅提升了1.4倍，这使得“带宽墙”正成为日益严峻的挑战。传统的铜互连技术在将数据传输至芯片封装之外以及机架之间时，随着传输距离的增加，信号损耗和功耗会迅速攀升。因此，它们正日益被视为下一代AI数据中心的关键掣肘。

计算吞吐量通常每两年便增长三倍，而互连带宽仅提升约1.4倍（图源：SK海力士官网）
“即使计算芯片性能不断提升，若芯片间的数据传输速度无法跟上，整体系统性能仍难以提升，用光互连取代面临固有物理限制的铜互连，是实现未来可扩展性的最具前景的途径。”弗吉尼亚大学电气与计算机工程系教授李久相表示。

另一方面，随着带宽瓶颈日益成为制约AI基础设施发展的根本性障碍，CPO也顺势上位，成为突破这一挑战的核心技术密码。SK海力士AI基础设施团队负责人Seunghoon Hong表示：“CPO将光收发器（TRx）集成到与处理器相同的封装当中，使芯片能够通过光信号而非冗长的电互连来传输数据。”这从根本上改变了数据在AI系统中的传输方式，消除了制约AI计算规模化的最大障碍之一。

CPO 将光引擎与处理器的集成度不断提升（图源：SK海力士官网）
不过，在短距离传输中，传统的铜互连仍是一种经济高效的解决方案。然而，随着传输速率的提升和通信距离的增加，它们需要越来越复杂的补偿电路，从而导致功耗的上升和数据传输的延迟逐步增大。通过在封装内集成光引擎，CPO能够最大限度地缩短高速电信号的传输距离，并利用光链路完成剩余的信号传输路径。这使得芯片间、机架间乃至整机柜间的高速通信得以延伸，同时保持高带宽密度、卓越的能效以及优异的信号完整性，并显著提升对电磁干扰的抗扰能力。

基于这一架构，研究人员为下一代AI基础设施设定了明确的技术指标，包括每个节点的带宽超过100 Tb/s、能耗低于1 pJ/比特，以及芯片间延迟低于10纳秒。该论文还提出了一项全面的技术路线图，系统性的阐述了从基于2D和2.5D中介层的互连架构，到3D异构堆叠的技术演进路径，并指出了实现商业化部署所必须克服的关键技术挑战。

将“光互连”扩展至存储器，可全方位优化数据传输

众所周知，CPO如今正被誉为未来AI基础设施的基础性技术标准，主要还是因为其具备四大关键优势：高带宽密度、优异的能耗与距离效率、可扩展的并行连接能力，以及在强电磁干扰环境下仍能保持稳健的信号完整性。

从长远来看，CPO技术的演进有望将光互连技术延伸至内存接口。这种方式能够突破计算芯片的物理限制，同时消除对存储容量和电气连接数量的制约。此外，这还将使多个AI加速器能够共享一个大型内存池，从而在AI模型规模持续扩大的背景下，大幅提升AI基础设施的灵活性与适应性。

以光学为中心的架构概念示意图（图源：SK海力士官网）
采用这种架构，多个AI加速器可以共享一个大型内存池，从而实现更为灵活的系统级数据流动，并使AI基础设施在模型规模持续扩大的同时能够实现更高效地扩展。

这也意味着光互连将成为未来AI基础设施连接技术的核心解决方案，目前该技术已走出实验室，迈入商业化初期阶段。不过，现阶段，无论是低功耗光子器件的集成、相干协议的开发，还是系统可靠性的提升，都是行业面临的重大挑战。

该技术的关键在于，如何将存储器件与控制器、光子元件与封装作为一个整体集成系统进行协同化设计，这也正是当下SK海力士积极开展相关合作的重要原因。

存储行业又有“新故事”？

资本市场向来爱听“故事”，半导体领域也不例外。如今，全球存储市场呈现出空前繁荣的局面，产能紧缺、价格暴涨已成常态。

美光科技董事长兼首席执行官桑杰·梅赫罗特拉（Sanjay Mehrotra）近日更是提出当前AI市场的存储供应远低于需求的说法，她表示：“如今，没有内存芯片就没有人工智能。人工智能系统需要更多内存，需要更高性能的内存，需要更低功耗的内存。当前，AI数据中心客户目前需要的供应量比美光能够承诺的供应量多出约50%，内存已成为人工智能时代的战略基础设施。”

这也充分说明了当前存储市场的紧俏程度。但任何市场都有终点，当存储涨价的故事讲完之后，全球存储行业也需要续写新的故事，来为企业价值的持续增长“买单”。当下的CPO便是非常合适的方向，毕竟，单靠售卖内存产品的存储厂商，一旦拥有了系统性的技术服务能力，其竞争力会再上一个台阶，对客户的重要性不言而喻。

因此，SK海力士主动成为了“第一个吃螃蟹”的挑战者，CPO便是SK海力士即将尝试并深耕的下一个关键赛道。Seunghoon Hong称：“随着客户持续构建规模更大的AI系统，光互连的重要性将与日俱增。存储企业正逐步从单纯提供单个器件的角色，演变为通过CPO等技术助力提升客户整机系统竞争力的重要合作伙伴。”

小结

SK海力士此番发表的论文，即是一次针对公司估值的“炒作”，更是其积极探索新赛道，努力构建AI基础设施系统化技术能力的关键尝试。一旦后续SK海力士在CPO领域的技术与商业模式验证成功，想必三星电子、美光科技以及越来越多拥有核心技术实力的存储厂商，都将陆续效仿并构建CPO领域的技术服务能力。届时，全球存储产业也将续写出新的“故事”，让资本市场为之买单。

文章来自：电子发烧友