تتمتع TSMC بقيادة في مجال الضوئيات المدمجة في البيانات (CPO)، وقد قدمت Broadcom وNVIDIA عينات أو شحنت مفاتيح CPO المستندة إلى تقنية TSMC للعملاء.مؤلف المقال، المصدر: Wall Street Journal
في سباق "البصريات المُدمجة مع التغليف" (CPO) في مركز البيانات الحالي، تقدمت تايوان سيميكوندكتور مانوفاكتورينغ كومباني (TSMC) بفضل تقدم منتجات Broadcom وNVIDIA. في الوقت نفسه، قد تُركز سامسونغ رهاناتها على المرحلة التالية.
في 12 يوليو، أصدرت المؤسسة PhotonCap مقالًا عن بحث ميداني، أشار إلى أن CPO الموجه للسويتشات قد انتقل رسميًا من مرحلة التحقق التقني إلى مرحلة نشر العملاء.
قد تم التحقق من قدرات تايوان سيميكوندكتور المصنعة والتغليف المتقدم في هذا القطاع من خلال أول مشاريع تجارية رائدة. لكن ساحة المعركة المستقبلية أعقد بكثير من مسألة CPO للสวitches الحالية.
عندما يدخل البصريات I/O (واجهة التوصيل الضوئية) إلى داخل التغليف حيث توجد شرائح الحوسبة المتنوعة (XPU) وذاكرة عالية النطاق الترددي (HBM)، فإن من يقود التصميم المتكامل لهذه العناصر الثلاثة سيعيد تشكيل أبعاد المنافسة في الصناعة بأكملها.
في 9 يوليو، اقترح وون-كيونغ تشوي، نائب الرئيس الأول في سامسونغ إلكترونيكس، خلال مؤتمر Nano Korea أن الشركة تطور تغليفًا متقدمًا بدرجة 2.xD يهدف إلى دمج HBM ورقائق المنطق ورقائق الضوء السيليكونية في نفس التغليف. هذا الاتجاه يستهدف بالضبط واجهات الإدخال/الإخراج البصرية للتغليف الحاسوبي للذكاء الاصطناعي في المستقبل.
حاليًا، تتصدر تايوان سيميكوندكتور مانوفاكتورينغ كومباني "CPO للสวitches"
في سوق CPO الحالي، تي إس إم سي هي القائدة بلا جدال.
أظهرت دراسة أن بروكوم قد قدم عينات من مفتاح Ethernet CPO بسعة 102.4 تيرابيت في الثانية مبنيًا على منصة COUPE (محرك الضوئي العام المدمج) من TSMC لعملاء مبكرين.
في الوقت نفسه، بدأت شحنات مفتاح Quantum-X الضوئي من NVIDIA، ودخل مفتاح Spectrum-X Ethernet مرحلة الإنتاج، مع أول المستخدمين الذين يعتمدونه هم CoreWeave وLambda وOracle.
السمة المشتركة لهذا الجيل من المنتجات هي أن محركات الضوئية تُركَّب بالقرب من ASIC المُبادِل (الدائرة المتكاملة الخاصة). الأساس التصنيعي الأساسي هو تقنية الفوتونيات السيليكونية الناضجة من TSMC وقدرات التكديس 3D SoIC.
في هذا الهيكل، يتركز التنافس على تكدس وربط الدوائر المتكاملة الضوئية (PIC) مع الدوائر المتكاملة الإلكترونية (EIC)، ودمجها مع حزمة المفتاح. في هذه المرحلة، لا تعتبر HBM مكونًا ضروريًا.
على النقيض من ذلك، تهدف خريطة طريق "حل CPO جاهز للتنفيذ" التي أعلنتها سامسونغ إلى عام 2029. وإذا ما قيست بكمية شحنات CPO للملفات الحالية وتحقق العملاء، فإن سامسونغ لم تحقق بعد وتيرة تجارية مماثلة لتايوان سيميكوندكتور.
قلق استهلاك الطاقة يدفع محركات البصرية نحو تقريبها من رقائق الحوسبة
السبب الأساسي لنقل I/O البصري من المستوى اللوحي التقليدي إلى داخل التغليف هو استهلاك الطاقة.
كشفت المواد الترويجية التي أعدتها شركة سامسونج للتصنيع العتادي (Foundry) لمؤتمر OECC 2026 عن خطوة رئيسية:
- عند تثبيت وحدات الضوء القابلة للإزالة على مستوى اللوحة، فإن استهلاك الطاقة لكل بت يقارب 10 بيكو جول؛
- عند وضع المحرك البصري على اللوحة القريبة من المبدل، تنخفض استهلاك الطاقة إلى حوالي 5 بيكوجول؛
- إذا تم تعميق الإدخال/الإخراج البصري إلى طبقة الوسيط القريبة من XPU، فيمكن تقليل استهلاك الطاقة إلى حوالي 2 بيكوجول.
المنطق الأساسي لهذا التغيير هو "تقليل مسافة نقل الإشارة الكهربائية". كلما كان محرك الضوئي أقرب إلى شريحة الحوسبة، قصرت روابط الكهرباء، وبالتالي قلّت الحاجة إلى ضبط الإشارة لتعويض خسائر المسارات على اللوحة والمفاصل.
لذلك، فإن التغليف المتقدم يُعدّ الخطوة الحاسمة لتحويل "مزايا الاستهلاك الفيزيائي للطاقة" إلى "مزايا منتج تجاري". وهذا لا يعني أن CPO ستُلغي وحدات الضوء القابلة للإزالة فورًا، بل سيستمر كلاهما في التعايش لفترة طويلة ضمن مسافات نقل واستهلاك طاقة مختلفين.
لكن تنبؤات بيانات سامسونغ تكشف عن اتجاهات، حيث يتجاوز النمو السنوي لسوق الضوئيات القابلة للإزالة 25٪، بينما يصل النمو السنوي لسوق CPO إلى أكثر من 150٪. تتدفق الموارد الرأسمالية وموارد البحث والتطوير بجنون نحو هياكل ضوئية عالية التكامل.
نوعان من هندسة CPO، المنافسة غير المتماثلة بين سامسونج وTSMC
خلط "CPO للتبديل" مع "XPU-HBM optical I/O" يقلل بشكل خطير من تعقيد المنافسة في المرحلة القادمة. في الواقع، هما هيكليان مختلفان تمامًا:
النوع الأول هو "CPO للمحول" السائد حاليًا. يتم وضع محرك الضوئي بجانب ASIC للمحول، وتندرج منتجات Broadcom وNVIDIA ضمن هذه الفئة. وهو يحل مشكلة استهلاك الطاقة والتكامل الإشاري في سيناريوهات التبديل ذات النطاق الترددي العالي. تكمن ميزة TSMC في تقنية الضوئية السيليكونية، والربط المتقدم، ودمج تغليف المحول.
النوع الثاني هو عبوة I/O البصرية الموجهة نحو "نظام XPU-HBM". يتكون هيكلها من تكوين XPU (أو GPU) وHBM ومحرك بصري يحتوي على PIC وEIC على طبقة وسيطة في نفس الوقت. في هذه الحالة، لم يعد I/O البصري مكونًا خارجيًا للสวITCH، بل أصبح جزءًا حقيقيًا من "العبوة الحسابية".
إن التغليف المتقدم 2.xD الذي اقترحه مسؤولو سامسونج مؤخرًا يستهدف هذا الاتجاه بالضبط. يخطط هذا الحل لدمج HBM ورقائق المنطق ورقائق الضوء السيليكونية في نفس التغليف، وتوسيع قدرات التغليف النظامي من خلال طبقة إعادة توزيع على مستوى لوحة (RDL)، لتلبية متطلبات نقل عرض النطاق الترددي الهائل لمركز بيانات الذكاء الاصطناعي.
بالنسبة للمستثمرين، فإن منطق المنافسة بين هاتين الهيكلين مختلف تمامًا:前者 يختبر عملية التصنيع والتغليف الفردية؛ بينما后者 يتطلب تحسينًا مشتركًا عميقًا للحوسبة والذاكرة والضوئية والتغليف منذ "المرحلة الأولية للتصميم".
الورقة السرية لسامسونج والقيود الواقعية على معدلات الإنتاج متعددة الشرائح
الميزة التنافسية المحتملة الأكبر لسامسونغ تكمن في هيكل أعمالها "الثلاثي"، حيث تمتلك في نفس الوقت HBM وخدمات تصنيع الرقائق المنطقية ومنصة الضوئية السيليكونية.
على الرغم من أن TSMC تمتلك قدرات رائدة في تصنيع المنطق، وتقنية الضوء السيليكوني، وتعبئة CoWoS، إلا أنها لا تنتج HBM بنفسها.
وقد تمكّنت سامسونغ بالفعل من ربط HBM بقدراتها في تصنيع الرقائق من خلال شريحة SF4 الأساسية، وبناء منصتها الخاصة للضوء السيليكوني. وهذا يعني أن سامسونغ يمكنها نظريًا إتمام التصميم المشترك لواجهة HBM، ووحدة I/O المنطقية، ومحرك البصريات، وإدارة الحرارة داخلياً، دون الحاجة إلى الاعتماد على موردي الذاكرة الخارجيين.
يواجه تغليف 2.xD اختبارًا صارمًا جدًا لـ"معدل الإنتاج متعدد الشرائح". عندما يتم تضمين شريحة المنطق وHBM وPIC وEIC والطبقة الوسيطة في نفس التغليف، فإن أي فشل في أي مكون سيؤدي إلى تدمير كامل التغليف المكلف.
زيادة عدد الرقائق، وتوسيع مساحة التغليف، وارتفاع تعقيد التوصيلات، تُضاعف بشكل كبير ضغوط الكفاءة ومخاطر التكلفة.
في الوقت نفسه، لم يبقَ الخصم دون فعل. تشنغ تايوان للتصنيع شبه الموصل تُقدّم دمج COUPE مع تغليف CoWoS، من خلال الوصول إلى HBM عبر نظام بيئي خارجي ناضج.
من ناحية أخرى، تسعى شركة SK Hyniss، العملاقة في التخزين، إلى تعزيز قدراتها في التパكيت المتقدم بشدة، حيث من المقرر أن تبدأ إنتاج مصنع التパكيت المتقدم الذي استثمرت فيه 3.87 مليار دولار أمريكي في إنديانا، الولايات المتحدة، عام 2028، وقد أدرجت بالفعل تقنية CPO ضمن خارطة طريقها البحثية لأنظمة الذاكرة.
التعاون المتقاطع بين البصريات والذاكرة والتغليف يصبح نقطة تركيز مشتركة لسلسلة القيمة الكاملة.
الطلب هو المعيار الوحيد لتحديد الفائز والخاسر
فازت TSMC بالجولة الأولى من CPO للสวITCH، حيث تستند ميزتها إلى عينات العملاء الفعلية، وشحن المنتجات، وتقدم الإنتاج الضخم.
في المقابل، تراهن سامسونغ على المعركة القادمة: محاولة تحقيق تفوق غير تقليدي في مجال تغليف الحوسبة الذكية الاصطناعية من خلال الاستفادة من قدراتها المتكاملة رأسياً في HBM والمنطق والضوئيات السيليكونية.
لكن السوق لا ينبغي أن يُساوي "خريطة الطريق التقنية" بـ"حاجز تنافسي تجاري".
خلال الـ12 شهرًا القادمة، هناك إشارة واحدة فقط تستحق المتابعة في الصناعة: هل سيظهر طلب تصميم من عميل مُسَمّى يطلب صراحةً دمج HBM ورقاقة المنطق وI/O البصري في نفس الحزمة لتصنيعها من قبل سامسونغ؟
إذا تم تنفيذ هذا الأمر، فسيتحول "الثلاثي" الخاص بسامسونغ من أصول ورقية إلى أداة تجارية حقيقية.
إذا استمرت عدم القدرة على التحقيق لفترة طويلة، فإن المسار المرن الذي بنته تايوان سيميكوندكتورز من خلال تقنياتها المتقدمة وبيئتها الخارجية لـ HBM، سيظل الخيار الأكثر أمانًا للشركات العملاقة في مجال الذكاء الاصطناعي.