טרמאונט ו-EVG ייצרו אלמטים אופטיים למחבר סיליקון פוטוניקס

בתמונה למעלה: מחבר PhotonicPlug של טרמאונט

חברת טרמאונט (Teramount) הירושלמית וחברת EV Group האוסטרית פיתחו תהליך ייצור עבור המחברים האופטיים של טרמאונט, המאפשרים התחברות ישירה אל רכיבי סיליקון פוטוניקס. מנכ”ל טרמאונט, ד״ר הישאם טאהא, מסר ל-Techtime שהחברה השתמשה ביכולות של EVG, כולל המכונות וטכנולוגיות Nano Imprint Lithography – NIL, כדי לבנות מראות ועדשות על פרוסות סיליקון. “טרמאונט משתמשת בטכנולוגיה עבור פתרון PhotonicPlug כדי לפתור את בעיית החיבור של סיבים אופטיים אל שבבים פוטוניים, ובכך מקרבת את תעשיית הסיליקון פוטוניקס לייצור המוני”.

חברת טרמאונט הוקמה בשנת 2015 על-ידי המנכ”ל ד״ר הישאם טאהא וסמנכ”ל הטכנולוגיות ד״ר אבי ישראל. בחודש מרץ 2021 היא השלימה גיוס הון בהיקף של 8 מיליון דולר, שנועד להביא אותה לייצור המוני. הגיוס הובל על-ידי קרן Grove Ventures והשתתף בו גם דדי פרלמוטר, לשעבר סגן נשיא בכיר באינטל העולמית וכיום יו״ר החברה. טכנולוגיית PhotonicPlug של טרמאונט מאפשרת לכל קבלן ייצור מארזים (OSAT) לחבר את הסיבים האופטיים אל שבב הסילקון פוטוניקס בלא בשימוש בציוד ייעודי (Active Alignment) יקר ומורכב. הדבר מתבצע באמצעות מבנה המקשר בין מוליכי האור אל נקודות התחברות (photonic bumps) אופטיות שממדיהן דומים לנקודות ההתחברות הסטנדרטיות של שבבי CMOS.

מרכזי נתונים העובדים במהירות האור

חברת EVG מספקת ציוד ליתוגרפיה ומטרולוגיה לתעשיית השבבים וציוד לקישור פיסות סיליקון אל יציאות המארזים (Wafer Bonding). החברה מעסיקה כ-1,100 עובדים ומשמשת גם כמשתתפת פעילה בקונסורציום Transform האירופי, אשר נועד להבטיח את שרשרת האספקה של רכיבי הספק מבוססי סיליקון קרביד עבור תעשיית השבבים האירופית. הקונסורציום כולל 34 חברות טכנולוגיה אירופיות ופועל בתקציב של האיחוד האירופי בהיקף של כ-89 מיליון אירו. טכנולוגיית NIL של החברה, היא טכנולוגיית ליתוגרפיה המאפשרת לייצר תבניות ברוחב של עד 40 ננומטר באמצעות מקור UV.

לדברי טאהא, השפעת הפתרון של החברה על התעשייה תהיה עצומה. “הוא מאפשר למרכזי נתונים ולמחשבי על להעביר מידע במהירות האור ובצריכה אנרגטית נמוכה מאוד”. שיתוף הפעולה בין שתי החברות מהווה אבן דרך חשובה ביכולת של טרמאונט לעבור לייצור המוני. “אנחנו עובדים במתכונת של חברת פאבלס (Fabless), אולם המכונות האלה נמצאות בשימוש אצל קבלני משנה שנוכל להשתמש בהם לצורך ייצור המוני של המחברים”.

טאואר מתכננת להיות קבלנית סיליקון פוטוניקס הראשונה בעולם

בתמונה למעלה: אבי שטרום, מנכ”ל חטיבת החיישנים בחברת טאואר סמיקונדקטור

השבוע דיווחה חברת טאואר סמיקונדקטור (Tower) על פיתוח תהליך ייצור נוסף בתחום הסיליקון פוטוניקס, שנעשה בשיתוף עם חברת Anello Photonics הקליפורנית. הפעם מדובר ביכולת לייצר מוליכי גלים באמצעות תהליך Silicon Nitride, אשר מעבירים אור באורך גל של 1550nm (המשמש ברוב מערכות התקשורת האופטית) בנתיבים מפותלים מאוד בתוך השבב (רדיוס כיפוף של פחות מ-1 מ”מ) ובהפסדים נמוכים מאוד (0.005dB/cm). למרות שלא מדובר בתהליך ייצור סיליקון פוטוניקס הראשון המפותח בטאואר, ההכרזה מבטאת התקדמות של החברה במימוש אסטרטגיית ייצור שאפתנית מאוד.

סיליקון פוטוניקס הוא אחד מהתחומים בעלי הצמיחה המהירה ביותר בתחום השבבים. להערכת חברת Emergen Research, הוא יצמח בשנים הקרובות בשיעור של כ-22.7% בשנה, ויגיע בשנת 2027 להיקף מכירות של כ-4.6 מיליארד דולר, בהשוואה למכירות של 980 מיליון דולר בשנת 2019. אלא שכדי שהתחום הזה יעמוד בתחזיות, יש צורך בשני תנאים מוקדמים: אבני בניין טכנולוגיות המאפשרות ליישם פתרונות מורכבים, ותשתית של שירותי ייצור המעניקה גישה לטכנולוגיה גם לחברות קטנות ובינוניות.

“התחום הזה גדל בקצב מטורף”

בשיחה עם Techtime, סיפר מנכ”ל חטיבת החיישנים בחברת טאואר, אבי שטרום, שאלה הנושאים שבהם מתמקדת כיום החברה: “האסטרטגיה ארוכת הטווח שלנו היא לבנות את טאואר כקבלנית הייצור (Foundry) הראשונה בתעשייה אשר מספקת שירותי ייצור מלאים בתחום הסיליקון פוטוניקס, באמצעות המפעל שלנו בניופורט ביץ’, קליפורניה. במסגרת האסטרטגיה הזאת אנחנו מוסיפים כל הזמן אבני בניין נוספות כדי להגיע למצב שבו יש לנו את כל היכולת הנדרשות לממש את היעד של התעשייה: שבב אופטי מלא המאפשר לקשר בין המרכיב החשמלי והמרכיב האופטי באמצעות שני רכיבים בלבד – אופטי וחשמלי”.

כיום התעשייה מתמודדת עם הקושי לייצר את הפתרונות הדרושים. התקשורת האופטית במרכזי נתונים ותשתיות טלקום מבוססת על שימוש במחברים יקרים מאוד ועדינים, אשר כוללים רכיבים דיסקרטיים נפרדים לאיפנון, לגילוי (פוטו דיודות), ליצירת אותות אופטיים (לייזרים) ועוד. “יש צורך ב-10 רכיבים שונים שהיום מיוצרים כרכיבים דיסקרטיים. המטרה היא להגיע למערכת-על-שבב, הכוללת את כל הרכיבים האלה. אנחנו מאמינים שהתחום הזה גדל בקצב מטורף ושולי הרווח בו גבוהים מאוד, מכיוון שהחסכון בעלויות הוא עצום. השוק מצפה לזה: ככל שיש יותר תקשורת אופטית במרכזי הנתונים, צריך רכיבים קטנים וצפופים יותר”.

המטרה של כל התעשייה: SoC אופטי

עד היום הכריזה טאואר על הרבה אבני בניין בדרך להגשמת היעד: דיודת לייזר מבוססת סיליקון גרמניום העובדת באורך הגל של התקשורת האופטית, פוטו דיודות המשמשות לגילוי האותות והמרתן לאות חשמלי, מודולטורים, מוליכי גלים אופטיים מסוגים שונים, ועוד. שיתוף הפעולה עם Anello Photonics ממחיש את שיטת העבודה שלה. החברה האמריקאית פיתחה טכנולוגיה המאפשרת לייצר חיישני ג’ירוסקופ בתוך שבב (Silicon Photonic Optical Gyroscope) ולא באמצעות סיבים אופטיים.

אלא שלא היה תהליך שיכול היה לייצר אותם. חברת טאואר הבינה שהיא זקוקה לתהליך כזה כדי להמשיך במימוש אסטרטגיית הייצור שלה. לפני כשנה וחצי החלו שתי החברות בפיתוח משותף של תהליך הייצור, אשר הושלם כעת, ויהיה זמין ללקוחות החל מהרבעון הראשון 2022. “הקניין הרוחני שייך להם אולם יש לנו הסכם המאפשר לנו להשתמש בו גם לצרכים של לקוחות אחרים. פיתחנו עבורם את התהליך, והדבר העניק לנו אבן בניין גנרית נוספת”.

שוק היעד החדש של DustPhotonics: סיליקון פוטוניקס

חברת DustPhotonics ממודיעין מבצעת תפנית עסקית וטכנולוגית ונוטשת את תחום פתרונות תקשורת האופטיים המהירים למרכזי נתונים גדולים שבו התבססה מאז הקמתה בשנת 2017, ונכנסת לתחום הסיליקון פוטוניקס. כדי לממן את המהלך החדש, החברה השלימה בשבוע שעבר גיוס הון בהיקף של כ-33 מיליון דולר בהובלת Greenfield Partners ובשתתפות אינטל קפיטל, אביגדור וילנץ ומשקיעים נוספים. גיוס ההון הקודם של החברה בוצע ב-2019, ובמהלכו היא גייסה 25 מיליון דולר בהובלת אינטל קפיטל ובהשתתפות וולדן (WRVI Capital). בעקבות הגיוס הצטרף ליפ בו-טאן אל דירקטוריון החברה.

הגיוס האחרון הוא מהלך מרכזי בתפנית עסקית שהחברה מבצעת: יציאה מתחום המקמ”שים לתקשורת אופטי בין השרתים במרכז הנתונים, שהתבססה על טכנולוגיית ההרכבה AuraDP שהיא פיתחה, המאפשרת לשפר את האיכות של מחברי תקשורת אופטיים באמצעות טכניקת כיוונון מדוייקת המתאימה גם לייצור המוני. המוצרים של החברה הם מקמ”שים נשלפים המאפשרים לספק תקשורת איתרנט במהירויות של עד 400GB/s ובמרחקים של עד 100 מטר בין השרתים.

יותר מדי מתחרים גדולים

הבעיה בפעילות הזו היא שזהו תחום שיש בו הרבה מאוד מתחרים גדולים מאוד. במקום מקמ”שי תקשורת, החברה תתמקד מעתה בפיתוח טכנולוגיה המאפשרת לשלב ביעילות לייזרים מסוג אינדיום פוספיד (InP Laser) בתוך מעגלי סיליקון פוטוניקס, המיוצרים לרוב בטכנולוגיות סיליקון סטנדרטיות (CMOS). מעגלים אלה כוללים כיום בעיקר רכיבים פאסיבייים ומוליכי גלים, אולם כדי לייצר רכיבים יעילים יש צורך בתהליך ייצור קל ואמין המאפשר לשלב בהם גם דיודות לייזר.

מקמ"שים אופטיים מתוצרת DustPhotonics. נכנסת להרפתקה חדשה
מקמ”שים אופטיים מתוצרת DustPhotonics. נכנסת להרפתקה חדשה

מדובר בתחום הנמצא בצמיחה, וחברות ענק כמו מכון המחקר imec מחפשות פתרונות חדשים לשילוב דיודות אינדיום פוספיד בתוך רכיבי סיליקון פוטוניקס. החברה עדיין לא מספקת פרטים על תוכניותיה המדוייקות, אולם היא כבר ביצעה שינוי ארגוני, הכולל החלפת הנהלה: הנשיא רונן לווינגר (בתמונה למעלה) שהגיע לחברה לפני שנה כדי לנהל את המחקר, הפיתוח והתיפעול, מונה למנכ”ל במקומו של בן רובוביץ’, שהיה מהמייסדים, ומונה לתפקיד מנהל העסקים של החברה.

לווינגר אמר שגיוס ההון האחרון הוא הבעת אמון בתפנית האסטרטגית ש-DustPhotonics מבצעת. “הטכנולגיה שלנו תכניס את הסיליקון פוטוניקס לשימוש נרחב במרכזי נתונים”. להערכת החברה, הטכנולוגיה שהיא מפתחת תאפשר לספק קצבי העברת נתונים של עד 1.6Tbps. ראוי לציין שכיום נדחף שוק הרכיבים האופטיים בעיקר על-ידי השימוש הגובר בחיישנים בכל מגזרי התעשייה, ועל פי ההערכת בתעשייה הוא יצמח בשיעור של כ-5% להיקף של כ-52.7 מיליארד דולר בשנת 2025.

אלא שהתחזיות האלה אינן כוללות את הפוטנציאל הכרוך בסיליקון פוטוניקס, אשר יתממש רק בשעה שניתן יהיה לייצר ביעילות גבוהה מעגלים שלמים בעלי רכיבים אקטיביים ופסיביים. כאן הפוטנציאל העיקרי טמון בקושי הגובר של תעשיית השבבים לעמוד בתחזיות של חוק מור, ולכן קיימת ציפיה דרוכה לפיתוח פתרונות עיבוד שהם גם מהירים וגם חסכוניים בהספק – ברמות שרק אופטיקה מסוגלת לספק.

טרמאונט גייסה 8 מיליון דולר למחבר אופטי מסוג חדש

בתמונה למעלה: המנכ”ל ד״ר הישאם טאהא (משמאל) וסמנכ”ל הטכנולוגיות ד״ר אבי ישראל

חברת טרמאונט (Teramount) הירושלמית השלימה גיוס הון בהיקף של 8 מיליון דולר, אשר מיועד לממן את המעבר לייצור של מחבר אופטי מסוג חדש המאפשר ייצור זול של מוצרים אופטיים בלא צורך בציוד active alignment יקר ומורכב. קרן Grove Ventures (גרוב ונצ’רס) הובילה את הגיוס, והשתתפו בו גם Amelia Investments, דדי פרלמוטר (לשעבר סגן נשיא בכיר באינטל העולמית וכיום יו״ר טרמאונט) ומשקיעים פרטיים נוספים.

טרמאונט הוקמה בשנת 2015 על-ידי המנכ”ל ד״ר הישאם טאהא וסמנכ”ל הטכנולוגיות ד״ר אבי ישראל. החברה פיתחה טכנולוגיה מוגנת בפטנט לחיבור קווי תקשורת אופטיים (סיבים) אל השבב בצורה קלה ובטוחה יותר מאשר טכנולוגיות החיבוריות הקיימות היום. הטכנולוגיה של החברה, Photonic-Plug, מאפשרת לכל קבלן ייצור מארזים (OSAT) לחבר את הסיבים אל הסיליקון בלא בשימוש בציוד ייעודי מיוחד. הדבר מתבצע באמצעות מבנה המקשר בין מוליכי האור אל נקודות התחברות (photonic bumps) אופטיות שממדיהן דומים לנקודות ההתחברות הסטנדרטיות של שבבי CMOS.

כך למשל, הטכנולוגיה דורשת רמת דיוק בייצור של ±20µm בלבד, ולכן מאפשרת חיבוריות של הסיבים אל השבב באמצעות מכונות flip-chip סטנדרטיות. הדבר מאפשר לחבר את האופטיקה בטכנולוגיות חיבור של האלקטרוניקה, ובכך  לבצע את החיבור החשמלי ואת החיבור האופטי בתהליך אחד באמצעות מכונה משותפת. טכנולוגיית סיליקון פוטוניקס מספקת מענה לדרישת רוחב הפס ומאפשרת תעבורת נתונים מהירה בתצרוכת אנרגיה נמוכה, אולם הפתרונות הקיימים היום קשים ליישום.

להערכת החברה, טכנולוגיית החיבוריות שלה משפרת פי 100 את הטולרנטיות (Tolerance) של חיבור הסיבים האופטיים לשבבי סיליקון פוטוניקס בהשוואה לטכנולוגיות קיימות בשוק, ומאפשרת אינטגרציה של עשרות סיבים אופטיים עם שבבי סיליקון פוטוניקס, בהשוואה לחיבור של סיבים בודדים כיום. היכולת הזאת חשובה במיוחד בייצור מערכות על-גבי שבב הכוללות מספר פיסות סיליקון (co-packaged platform) וכמות גדולה מאוד של חיבורים חשמליים וחיבורים אופטיים.

״הצורך ברוחב פס גבוה במרכזי הנתונים (Data Centers), מעודד את המעבר לחיבוריות אופטית, כאשר שיקולי צריכת הספק והתחממות מצריכים אינטגרציה של אופטיקה ישירות למתגי הסיליקון״, אומר ליאור הנדלסמן, שותף בכיר ב-Grove Ventures. ״אנחנו סבורים שהיעדר פתרון אמין המאפשר חיבור מאות סיבים אל שבבי המתגים במרכזי נתונים, היה עד כה הגורם המשמעותי ביותר שמנע אימוץ נרחב של מתגים מבוססי סיליקון פוטוניקס. טכנולוגיית Photonic-Plug של טרמאונט פותרת את הבעיה״.