25년 하반기 TSMC 실리콘 포토닉스 시장 진출.

 

2025년 하반기, TSMC와 광반도체 스타트업 (Avicena, Ayar Labs, Lightmatter) 회사와의 협력이 AI 및 고성능 컴퓨팅(HPC) 분야에서 주목받고 있습니다.

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TSMC, COUPE 기술로 실리콘 포토닉스 시장 진출
TSMC는 자사의 Compact Universal Photonic Engine (COUPE) 기술을 통해 실리콘 포토닉스 시장에 본격적으로 진입하고 있습니다. COUPE는 전자 집적 회로(EIC)와 광 집적 회로(PIC)를 3D로 적층하여 칩 간 고속 광통신을 가능하게 합니다.
TSMC는 이 기술을 기반으로 2025년 하반기에 1.6Tbps 광통신 모듈 양산을 시작하고, 2026년에는 CoWoS 패키징과 통합된 6.4Tbps급 솔루션을 선보일 계획입니다.

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Avicena, TSMC와 협력하여 LightBundle™ 개발
Avicena는 자사의 LightBundle™ 기술을 위해 TSMC와 협력하여 고성능 포토디텍터(PD) 어레이를 개발하고 있습니다. 이 기술은 MicroLED 기반 광통신 솔루션으로, 1Tbps/mm 이상의 I/O 밀도와 10미터 이상의 칩 간 연결을 지원하며, 에너지 효율성은 1pJ/bit 미만입니다.

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Ayar Labs, 세계 최초 UCIe 광 칩렛 공개
Ayar Labs는 세계 최초로 UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 표준을 지원하는 광 칩렛을 공개했습니다. 이 칩렛은 8Tbps 대역폭을 제공하며, TSMC의 CMOS 공정을 통해 생산됩니다. 이를 통해 AI 및 HPC 시장을 겨냥한 광통신 솔루션을 상용화할 계획입니다.

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Lightmatter, 광컴퓨팅 인터포저 Passage M1000 발표
Lightmatter는 자사의 3D 포토닉 인터포저 Passage M1000을 발표했습니다. 이 인터포저는 114Tbps의 총 대역폭을 제공하며, 다이 투 다이(D2D) 및 칩렛 간 고속 연결을 지원합니다. Lightmatter는 TSMC와의 협력을 통해 이 기술을 대규모로 생산, 차세대 AI 칩 설계 성능 극대화를 목표로 하고 있습니다.

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NVIDIA, TSMC와 협력하여 실리콘 포토닉스 스위치 개발
NVIDIA는 TSMC와 협력하여 Spectrum-X 및 Quantum-X 실리콘 포토닉스 스위치를 개발하고 있습니다. 이 스위치는 1.6Tbps 전송 속도를 제공하며, TSMC의 COUPE 기술을 활용하여 생산됩니다. 대규모 AI 데이터센터의 에너지 효율성과 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.

TSMC와 Ayar Labs, Avicena, Lightmatter 같은 광반도체 스타트업들의 협력은 AI 및 HPC 분야에서의 성능 향상과 에너지 효율성 개선에 중요한 역할을 하고 있습니다. 실리콘 포토닉스 기술은 2025~2026년을 기점으로 본격적인 상용화 국면에 진입할 것으로 전망됩니다.

 

 

1. 회사별 제품 구조 분석

Ayar Labs – TeraPHY™ Optical I/O

구성 구조

• 광변조기(Modulator): 전기신호를 빛으로 변환
• 광검출기(Photodetector): 빛을 다시 전기신호로 변환
• 레이저 소스: 외부 혹은 패키지 내 집적 가능 (CWDM 방식 사용)
• 전자 드라이버 및 수신기 회로: 광 입출력을 관리
• TSMC CMOS 공정 기반으로 모든 구성 요소 집적

특징

• TeraPHY™ 모듈은 UCIe 인터페이스 지원
• 8Tbps급 I/O 성능
• 전력 효율: 5 pJ/bit 이하
• 고속 메모리 인터커넥트 (CXL, PCIe 대체 가능성)

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Avicena – LightBundle™ MicroLED Optical Interconnect

구성 구조

• Blue MicroLED Array (송신기 역할)
• CMOS Photodetector Array (수신기 역할)
• 드라이버 및 수신 회로: 직접전류구동(DC-biased driving)
• 통신 프로토콜 회로: 비트 스트림 인코딩/디코딩
• TSMC CMOS 이미지 센서 공정 기반

특징

• MicroLED는 별도의 레이저 없이 직접 발광
• 1Tbps/mm² 이상 전송 밀도
• 단거리(<10m) 최적화: 칩렛 간, 메모리-프로세서 연결
• 전력 효율: 1 pJ/bit 이하
• 2.5D/3D IC 패키지와 쉽게 통합 가능

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Lightmatter – Envise Processor + Passage M1000 Interposer

Envise Processor 구성

• Photonic Computing Core: 광 간섭을 이용한 행렬 연산 (MVM)
• Electronic Control Plane: 입력 데이터 준비 및 결과 디지털화
• Analog to Digital Converter(ADC): 아날로그 광 결과를 디지털 변환
• 온칩 레이저 소스 사용 가능

Passage M1000 Interposer 구성

• 다중 광파 가이드층: 수백Tbps급 데이터 송신
• 전기 I/O 레이어: 전통적 칩 신호도 함께 지원
• TSMC 3DIC 공정 기반 제작
• 최대 114Tbps 다이 간 통신 지원

특징

• AI inference/training 모두 대응 가능
• 전통적 전자칩 대비 에너지 소비 5~10배 절감
• Memory wall 문제를 광통신으로 해결

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2. TSMC 패키징 로드맵 (2024~2026)

COUPE 특징

• 광 전송(광파가이드) + 전자 신호(전기 인터포저) 동시 지원
• 레이저, 변조기, 광 검출기 통합
• TSMC 자체 포토닉 IP 제공 (외부 스타트업 협력 기반)

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요약

• Ayar Labs: 레이저 기반 광변조기 통합 광 I/O, 장거리 고속 통신 (8Tbps+)
• Avicena: MicroLED 직접 발광 기반 초저전력 광통신, 메모리-칩 간 통신 최적화
• Lightmatter: 광 간섭 계산 코어 + 114Tbps 인터포저로 AI 가속
• TSMC는 2025~26년에
  1. COUPE 기반 실리콘 포토닉스 통합
  2. 2.5D/3D 패키징 강화
  3. 실리콘 브릿지, 시스템 웨이퍼까지 확장
     로 AI 및 HPC 시대를 대비하는 중.

 

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