De acordo com pt.wedoany.com-Em 11 de junho, a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) subiu para o segundo lugar global em número de pedidos de patentes relacionados a guias de onda poliméricos. Este resultado provém do relatório "Guias de Onda Poliméricos Parte 2", publicado pela agência japonesa de pesquisa de informações de patentes Neotechnology. Guias de onda poliméricos utilizam materiais resinosos para transmitir sinais ópticos, diferindo dos caminhos tradicionais de fibra óptica. No contexto do aumento da velocidade de comunicação, consumo de energia e pressão de interconexão de encapsulamento em semicondutores avançados, esta tecnologia está a tornar-se uma direção importante para a integração fotoeletrónica.
O cerne desta notícia não é "a TSMC solicitou mais um lote de patentes", mas sim que a TSMC está a expandir a sua fronteira competitiva para a interconexão óptica dentro do chip e ao nível do encapsulamento.
No passado, a melhoria do desempenho dos semicondutores dependia principalmente da miniaturização do processo, da otimização da estrutura dos transístores e da empilhação avançada de encapsulamento. No entanto, com a rápida expansão dos servidores de IA, clusters de GPU e sistemas de computação de alto desempenho, os gargalos na transmissão de dados entre chips, entre chip e encapsulamento, e entre encapsulamento e sistema de placa tornam-se cada vez mais evidentes. Os sinais elétricos enfrentam problemas como perda, aquecimento, interferência cruzada e aumento do consumo de energia durante a transmissão de alta velocidade. Depender apenas de conexões elétricas tradicionais já não consegue suportar densidades de largura de banda mais elevadas a longo prazo. O significado da tecnologia de integração fotoeletrónica reside precisamente em introduzir a transmissão de sinais ópticos mais perto do chip de computação, convertendo parte das interconexões de alta velocidade de "canais elétricos" para "canais ópticos".
Os guias de onda poliméricos desempenham o papel de "roteamento de sinais ópticos" nesta cadeia tecnológica.
Comparados com as fibras ópticas de quartzo tradicionais, os guias de onda poliméricos são geralmente mais adequados para formar caminhos projetáveis em substratos de encapsulamento, placas híbridas fotoeletrónicas ou interconexões a nível de chip/encapsulamento. Podem formar um núcleo e um revestimento usando materiais resinosos, permitindo que os sinais ópticos se propaguem ao longo de microestruturas pré-definidas, e têm a oportunidade de ser integrados com chips fotónicos de silício, fontes de luz, detetores, substratos de encapsulamento e interfaces elétricas. Para o encapsulamento óptico co-packaged (CPO) e o encapsulamento fotónico de silício, os guias de onda poliméricos não são apenas uma questão de material, mas também estão relacionados com a perda de acoplamento óptico, densidade de roteamento, estabilidade térmica, precisão de fabrico e consistência de produção em massa. A documentação de materiais relacionados da Asahi Kasei também menciona que os guias de onda poliméricos são um dos componentes principais na integração fotoeletrónica e no CPO, necessitando de satisfazer simultaneamente a resistência ao calor e a capacidade de microfabricação.
O aparecimento da TSMC no topo desta lista de patentes indica que o papel das fundições de wafer está a mudar.
Na divisão tradicional do trabalho industrial, as empresas de módulos ópticos, empresas de dispositivos de comunicação óptica e empresas de materiais estavam mais próximas da vanguarda da tecnologia de interconexão óptica; as fundições de wafer eram principalmente responsáveis pela fabricação de chips eletrónicos. No entanto, quando o CPO e a fotónica de silício entram no sistema de encapsulamento de chips de IA, os circuitos integrados fotónicos, circuitos integrados eletrónicos, encapsulamento avançado, camadas de rerroteamento, substratos de encapsulamento e materiais de guia de onda óptico devem ser projetados de forma colaborativa. Se a TSMC quiser suportar futuras soluções de interconexão óptica para aceleradores de IA, chips de comutação e chips de computação de alto desempenho dos seus clientes, precisa de adquirir antecipadamente a propriedade intelectual chave que abrange desde a fotónica de silício, encapsulamento até à conexão do caminho óptico. A página de pesquisa da TSMC também mostra que a sua solução de integração COUPE é direcionada para aplicações de computação de alto desempenho, podendo impulsionar a integração de sistemas a nível de wafer baseada em fotónica de silício.
Este é também o sinal industrial por detrás da mudança na classificação de patentes. A TSMC não está apenas a fabricar chips avançados para clientes como NVIDIA, AMD e Broadcom; está a estender-se para uma "plataforma de chip de computação + encapsulamento fotoeletrónico + interconexão a nível de sistema". No futuro, o gargalo dos centros de dados de IA não estará apenas na própria GPU, mas também na eficiência da troca de dados entre GPUs, entre aceleradores e chips de comutação, e dentro e entre racks. Se a interconexão óptica entrar no interior do encapsulamento, as fundições e as fábricas de encapsulamento avançado tornar-se-ão nós críticos na industrialização do CPO, deixando de ser apenas elos de fabrico de retaguarda.
A atenção da indústria ao ritmo de produção em massa do CPO também está a aumentar. Uma reportagem da TrendForce em abril deste ano mencionou que, com o design de GPUs a avançar para interconexões de chips de maior densidade e taxas de dados mais rápidas, a transmissão óptica está a assumir um papel maior. Espera-se que a plataforma fotónica de silício COUPE da TSMC entre em produção em massa em 2026, tornando-se um passo importante na implementação do CPO.
O valor do portfólio de patentes de guias de onda poliméricos pode refletir-se em três níveis: primeiro, a controlabilidade do processo – o caminho óptico dentro do encapsulamento avançado deve corresponder ao chip, substrato e fluxo de encapsulamento; segundo, a eficiência de acoplamento – quanto menor a perda quando o sinal óptico entra no guia de onda a partir do chip fotónico de silício e sai do guia de onda para uma conexão externa, menor o consumo de energia do sistema e o risco de erro de bit; terceiro, as barreiras de produção em massa – uma vez que materiais, padronização, estabilidade térmica e fiabilidade formem uma solução madura, tornar-se-ão uma base importante para a escolha da plataforma pelo cliente. Pesquisas relacionadas também mostram que os guias de onda poliméricos podem ser usados para conexões de E/S eletro-ópticas de alta densidade em CPO, formando um caminho de integração de baixa perda com chips fotónicos de silício.
Para a cadeia industrial de tecnologias de informação e comunicação, a subida na classificação de patentes da TSMC aumentará ainda mais a atenção da indústria para a tecnologia de integração fotoeletrónica. O upstream envolve materiais poliméricos, processamento litográfico, substratos de encapsulamento, estruturas de acoplamento óptico, microlentes, conectores e equipamentos de teste; o midstream envolve chips fotónicos de silício, motores ópticos CPO, encapsulamento avançado, chips de comutação e aceleradores de IA; o downstream conecta centros de dados de IA, computação de alto desempenho, infraestrutura em nuvem, redes de comutação ultra-rápidas e sistemas de servidores de próxima geração. A concorrência futura não será apenas pela capacidade de computação do chip, mas também uma concorrência a nível de sistema sobre "se os chips de computação podem ser interconectados eficientemente".
Esta notícia também alerta as empresas da cadeia industrial de que o campo de batalha das patentes está a expandir-se dos processos semicondutores tradicionais para os caminhos ópticos de encapsulamento e interfaces de materiais. Quem dominar uma solução de guia de onda mais estável, de menor perda e mais adequada para produção em massa terá a oportunidade de ocupar uma posição de maior valor acrescentado na atualização da infraestrutura de IA. Para as empresas de comunicação óptica e de materiais, a entrada da TSMC significa tanto potenciais oportunidades de cooperação como o facto de as fundições de wafer estarem a incorporar as regras da interconexão óptica no seu próprio ecossistema de plataforma.
Os próximos pontos focais concentram-se em três aspetos: primeiro, se as patentes de guias de onda poliméricos da TSMC podem entrar nas plataformas COUPE, CPO ou outras plataformas de encapsulamento fotónico de silício; segundo, se os materiais e processos relacionados podem satisfazer os requisitos de operação a alta temperatura, alta densidade e alta fiabilidade dos chips de IA; terceiro, se clientes de computação de alto desempenho como NVIDIA, AMD e Broadcom irão expandir a adoção da plataforma de integração fotoeletrónica da TSMC no futuro. Se estes elos continuarem a avançar, a vantagem competitiva da TSMC não virá apenas dos seus processos avançados e capacidade CoWoS, mas estender-se-á também à infraestrutura de interconexão óptica necessária para os centros de dados de IA. Para a indústria global de semicondutores e tecnologias de informação e comunicação, a subida na classificação de patentes de guias de onda poliméricos indica que a integração fotoeletrónica passou de um tópico de pesquisa para uma fase de layout estratégico de patentes por parte das principais fundições.
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