เบื้องหลังสวิตช์ Spectrum-X Photonics ที่ใช้เทคโนโลยี Co-Packaged Optics ของ Nvidia และ TSMC

Nvidia ได้ก้าวไปอีกขั้นในการแก้ปัญหาคอขวดด้านพลังงานและความสมบูรณ์ของสัญญาณ (Signal Integrity) ที่กำลังจะเป็นกำแพงขัดขวางการเติบโตของศูนย์ข้อมูล AI ขนาดใหญ่ที่สุด ในช่วงต้นเดือนมิถุนายน 2026 บริษัทได้ยืนยันว่าได้เริ่มจัดส่ง สวิตช์ Spectrum-X CPO (co-packaged optics) รุ่นใหม่ให้กับพันธมิตรบางรายแล้ว โดยสวิตช์นี้เกิดจากการพัฒนาและการผลิตร่วมกับ TSMC ตัวสวิตช์ถูกสร้างขึ้นบนแพลตฟอร์มซิลิคอนโฟโตนิก Compact Universal Photonic Engine (COUPE) ของ TSMC ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่รวมเอนจิ้นออปติกและชิปสวิตช์เข้าไว้ในโมดูลเดียวกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพด้านพลังงานและความหนาแน่นของแบนด์วิดท์อย่างก้าวกระโดด

จุดเริ่มต้นความร่วมมือ: MRM ของ Nvidia พบกับ COUPE ของ TSMC

หัวใจของความร่วมมือนี้คือการทำงานร่วมกันในเชิงเทคนิคอย่างลึกซึ้ง Nvidia ได้ออกแบบเอนจิ้นซิลิคอนโฟโตนิกแบบ Micro Ring Modulator (MRM) ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่เปลี่ยนนิยามของความหนาแน่นในการเชื่อมต่อด้วยแสง ความท้าทายที่ผ่านมาคือการผลิต MRM ในปริมาณมาก ในขณะที่ต้องควบคุมการผลิตอย่างแม่นยำ ลดความไวต่อความร้อน และรักษาความสม่ำเสมอของการมอดูเลตความเร็วสูง ด้วยความร่วมมือกับ TSMC และกระบวนการทางวิศวกรรมขั้นสูง Nvidia จึงสามารถแก้ปัญหาด้านการผลิตในระดับมหภาคนี้ได้สำเร็จ

ทางด้าน TSMC ได้จัดเตรียมแพลตฟอร์มการบรรจุภัณฑ์พื้นฐานที่เรียกว่า COUPE (Compact Universal Photonic Engine) แพลตฟอร์มนี้รวมวงจรรวมอิเล็กทรอนิกส์ (EIC) ขนาด 65 นาโนเมตร เข้ากับวงจรรวมโฟโตนิกส์ (PIC) โดยใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่ล้ำสมัยที่สุดของ TSMC ได้แก่ SoIC-X hybrid bonding สำหรับการซ้อนทับแบบ 3 มิติ และ CoWoS สำหรับการประกอบแบบ interposer-based chip-on-wafer-on-substrate ผลลัพธ์ที่ได้คือเอนจิ้นซิลิคอนโฟโตนิกแบบซ้อนทับ 3 มิติตัวแรกของโลก ที่วางอยู่ข้างชิปประมวลผลสวิตช์ Spectrum-X ภายในแพ็คเกจเดียวกัน

TSMC เริ่มการผลิตจำนวนมากสำหรับแพลตฟอร์ม COUPE ในเดือนเมษายน 2026 นับเป็นครั้งแรกที่ผู้ผลิตชิปรายใหญ่ระดับแนวหน้าผลิตซิลิคอนโฟโตนิกส์ในระดับมหภาคเพื่อการใช้งานในศูนย์ข้อมูล AI

Co-Packaged Optics ทำงานอย่างไร และทำไมมันถึงสำคัญ

สวิตช์เครือข่ายแบบดั้งเดิมใช้ตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติก (pluggable optical transceivers) ที่เสียบเข้าที่แผงด้านหน้า ข้อมูลต้องเดินทางเป็นสัญญาณไฟฟ้าจากชิปสวิตช์ ผ่านแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ไปยังตัวรับส่งสัญญาณแยกต่างหาก ซึ่งเป็นจุดที่การแปลงข้อมูลเป็นแสงเกิดขึ้น ระยะทางนี้ทำให้เกิด การสูญเสียสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมักจะอยู่ที่ประมาณ 22 dB และต้องใช้วงจรปรับแต่งสัญญาณที่กินพลังงานสูง ก่อให้เกิดความร้อนจำนวนมาก

Co-packaged optics ขจัดปัญหานี้ โดยการวางเอนจิ้นออปติก ไว้ในแพ็คเกจเดียวกันกับชิปสวิตช์ ทำให้เส้นทางไฟฟ้าสั้นลงเหลือเพียงระดับซับสเตรต แสงเข้าสู่แพ็คเกจโดยตรงผ่านไฟเบอร์และถูกแปลงโดยใช้เส้นทางไฟฟ้าที่สั้นที่สุด ประโยชน์ที่เห็นได้ชัดคือ:

• การสูญเสียสัญญาณลดลงจาก ~22 dB เหลือเพียง ~4 dB
• การใช้พลังงานลดลงเหลือเพียง 9 วัตต์ต่อพอร์ต 1.6 Tb/s เมื่อเทียบกับประมาณ 30 วัตต์สำหรับออปติกแบบเสียบแยกแบบดั้งเดิม

นี่ไม่ใช่การปรับปรุงเพียงเล็กน้อย แนวทางของ Nvidia และ TSMC มอบ การลดการใช้พลังงานต่อพอร์ตลง 3.5 ถึง 5 เท่า เมื่อเทียบกับวิธีการเชื่อมต่อแบบเดิม ในระดับขนาดมหึมาของโรงงาน AI สมัยใหม่ที่มี GPU หลายแสนตัว การประหยัดพลังงานนี้จะเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าหลายเมกะวัตต์ที่ถูกเรียกคืนมาได้ และโครงสร้างเครือข่ายที่ทำงานได้ยืดหยุ่นและเย็นลงอย่างมาก

Spectrum-X Photonics: ขุมพลังและขนาด

สายผลิตภัณฑ์ Spectrum-X Photonics ใหม่ ได้ผลักดันขอบเขตของประสิทธิภาพรุ่น SN6800 มอบ แบนด์วิดท์รวมสูงถึง 409.6 Tb/s ในสวิตช์ตัวเดียว ทำได้โดยใช้ 512 พอร์ตที่ความเร็ว 800 Gb/s (หรือการกำหนดค่าที่หนาแน่นขึ้นถึง 2,048 พอร์ตที่ 200 Gb/s) รุ่นที่กะทัดรัดกว่า SN6810 ให้แบนด์วิดท์ 102.4 Tb/s ผ่าน 128 พอร์ตที่ 800 Gb/s

สวิตช์เหล่านี้ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว และถูกออกแบบมาสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน AI ที่ใช้อีเทอร์เน็ต ซึ่งผู้ให้บริการคลาวด์ขนาดใหญ่ (Hyperscalers) และองค์กรขนาดใหญ่กำลังประกอบขึ้นเพื่อฝึกฝนและรันโมเดล Generative AI โดย Nvidia วางตำแหน่งให้ Spectrum-X Photonics เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อ คลัสเตอร์ที่มี GPU มากกว่าหนึ่งล้านตัว ภายใน "โรงงาน AI" ที่เป็นอาคารเดียวขนาดยักษ์

การจัดส่งและกำหนดการวางจำหน่าย

เทคโนโลยีนี้ได้เปลี่ยนจากการประกาศสู่การจัดส่งจริงแล้ว Nvidia เริ่มส่งมอบสวิตช์ Spectrum-X CPO ให้กับพันธมิตรบางรายอย่างเป็นทางการในช่วงต้นเดือนมิถุนายน 2026 ซึ่งได้รับการยืนยันโดย Gilad Shainer รองประธานอาวุโสฝ่ายเครือข่าย ที่งาน GTC ไต้หวัน ก่อนหน้านี้ สวิตช์ Quantum-X InfiniBand photonics ซึ่งใช้เทคโนโลยี CPO พื้นฐานเดียวกัน ได้เริ่มจัดส่งไปแล้วในช่วงต้นปี 2026

การวางจำหน่ายอย่างกว้างขวางสำหรับสวิตช์อีเทอร์เน็ต Spectrum-X Photonics จากผู้จัดจำหน่ายโครงสร้างพื้นฐานและระบบชั้นนำ คาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วง ครึ่งหลังของปี 2026 ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการเปิดตัวเชิงพาณิชย์ในวงกว้างของเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์นี้

ความร่วมมือระหว่างการออกแบบของ Nvidia และการผลิตของ TSMC ได้นำซิลิคอนโฟโตนิกส์จากห้องทดลองวิจัยมาสู่ผลิตภัณฑ์ที่จัดส่งได้จริง นำเสนอเส้นทางที่นำไปใช้ได้จริงเพื่อขยายขีดความสามารถของ AI โดยไม่ต้องชนกำแพงด้านพลังงาน