الكاتب: جودو
أثنان من أكثر قطاعات الذكاء الاصطناعي رواجًا: التخزين والضوء. سبق أن كتبت عن إطار التخزين (دليل شامل لطبقات التخزين للذكاء الاصطناعي وسلاسل الربح والهيكل الصناعي)، وهذه المرة سأكتب عن الضوء.
الضوء السيليكوني أو ما يُعرف بالفوتونيات السيليكونية (Silicon Photonics) تُستخدم لإجراء الاتصال بين رقائق الحوسبة، بدلًا من الأسلاك النحاسية التقليدية، كما هو واضح في الصورة أدناه.
LPO (الضوئية القابلة للإدخال الخطية)، وCPO (الضوئية المُحَزَمة معًا)، وOCS (التبديل الضوئي للمسار)، وOptical I/O (الإدخال/الإخراج الضوئي) هي طرق تقنية مختلفة لتحقيق الضوئية السيليكونية.
عادةً ما تستخدم الشرائح أسلاك النحاس للاتصال. تقوم شريحة الضوء السيليكوني بدمج الليزر الذي يولد الضوء، والمحرّك الذي "يُعدّل" الضوء، والكاشف الذي "يستقبل" الضوء مباشرةً على رقاقة السيليكون، باستخدام الفوتونات للاتصال.
إذًا، لماذا نستبدل النحاس؟ ولماذا نستخدم الضوئيات السيليكونية، وليس غيرها؟
أولاً، عندما تنقل الأسلاك النحاسية إشارات تزيد عن 1.6 تيرابايت، فإنها تصل تقريبًا إلى الحد الفيزيائي، وتبدأ الإشارات في أن تكون غير كاملة. يجب التفكير في تغيير المادة. هذا هو الأكثر حرجًا، وهو أمر لا مفر منه. يُطلق عليه مصطلح جدار النطاق الترددي.
ثانيًا، النحاس كيان فيزيائي ملموس، وعندما تكبر مجموعات GPU، لا توجد مساحة كافية للأسلاك النحاسية. وهذا هو السبب الذي يجبرنا على استبدال النحاس. أما الضوء، فيمكن توصيل واجهات الضوء مباشرة بجانب شريحة المُبَدِّل، مما يوفر كمية كبيرة من التوصيلات. يُطلق على هذا المصطلح "جدول الحجم".
مرة أخرى، يستهلك النحاس طاقة كثيرة جدًا، وفي منشآت بقدرة مئات الميغاواط، يمكن للفوتونيات السيليكونية توفير عشرات الآلاف من كيلوواط/ساعة يوميًا، وهي الطاقة التي تُستهلك أثناء الاتصالات النحاسية. بعد التحول إلى الضوء، يمكن توجيه هذه الطاقة إلى وحدات معالجة الرسوميات لأداء حسابات حقيقية. يُطلق على هذا المصطلح "جدار استهلاك الطاقة".
الأكثر إثارة للاهتمام أن الضوء السيليكوني يمكنه الاستفادة من عمليات التصنيع الناضجة الحالية للأشباه الموصلات CMOS، دون الحاجة إلى بناء مصنع جديد من الصفر، مما يتيح إنتاجًا عالي الحجم بتكلفة منخفضة.
بالطبع، يعاني الضوء السيليكوني من عيب، حيث لا يمكن للسيليكون نفسه أن يُصدر الضوء بكفاءة، بل يعتمد على مادة فوسفيد الإنديوم (InP). وهذا يُعدّ أكثر مراحل السلسلة الإنتاجية حرجًا وحاجزًا.
تطور تقنية الضوء السيليكوني
أهم نقطة تحول هي مارس 2025، عندما أطلقت NVIDIA في مؤتمر GTC مفاتيح الضوئية Quantum-X وSpectrum-X، وأعلن هوانغ رينشون أن من الجيل التالي Rubin فصاعدًا، "الربط الضوئي ليس خيارًا، بل معيارًا أساسيًا".
بعد أسبوع، أعلنت NVIDIA عن استثمارها 4 مليارات دولار بالجملة في Coherent وLumentum لتأمين سلسلة التوريد الأساسية.
تم نشر ورقة بحثية حول التأثير الضوئي السيليكوني في الثمانينيات، وصنعت Intel وIBM معدّلات ضوئية سيليكونية بين عامي 2004 و2014.
في العقد الماضي، استخدمت مزودو السحابة الضخمة مثل AWS وGoogle وMeta الفوتونيات السيليكونية، لكنها كانت جزءًا فقط من الاتصالات الضوئية في ذلك الوقت.
الهيكل الصناعي الحالي
1) الطبقة الأساسية: مصانع تصنيع الرقائق
تصنيع شرائح الفوتونات. تتمتع TSMC بتفوق بفضل عملية COUPE، بينما تركز Tower Semiconductor $TSEM على تصنيع الضوء السيليكوني، مع نمو إيرادات الضوء السيليكوني بنسبة 70% على أساس سنوي في عام 2025. وتصبح GlobalFoundries $GFS أكبر مصنع متخصص لتصنيع الضوء السيليكوني عالميًا من خلال استحواذها على AMF في سنغافورة.
2) الطبقة الثانية: موردو المكونات الأساسية
توجد أقل من خمس شركات عالمية توفر الليزر، والمُعدِّلات، وغيرها، وخصوصًا ليزر فوسفيد الإنديوم (InP)، القادرة على تصنيع ليزر EML عالي السرعة.
Lumentum $LITE هي الشركة الوحيدة القادرة على إنتاج مولدات الليزر EML بسعة 200G/لوحة، وهي مكون أساسي في وحدات الضوء 1.6T. وقد وقّعت NVIDIA طلبياتها معها حتى ما بعد عام 2027 لضمان تأمين إنتاجها.
3) المستوى الثالث: الوحدات ومصانع الأنظمة
تجميع الأجزاء لتكوين المنتج. تحتل Coherent 25% من حصة سوق أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية العالمية. لا يمكن التغاضي عن قدرات الصين في التصنيع والقدرة التنافسية من حيث التكلفة من قبل شركات InnoLight وEoptolink وAccelink.
4) الأعلى: مُكامل النظام
NVIDIA وCisco وBroadcom وMarvell جميعها في هذا المستوى.
بشكل عام،
NVIDIA$NVDA
الهيمنة، وتحديد معايير الربط المستخدمة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، ثم تأمين سلسلة التوريد من خلال استثمارات استراتيجية.
Broadcom$AVGO
القائد المطلق لشرائح تبديل الشبكة، مع حصة سوقية تقارب 80٪ في مبادلات Ethernet. Tomahawk 6-Davisson هو أول مبادل CPO بسعة 102.4 Tbps عالميًا.
Marvell$MRVL
أقوى منافس لـ Broadcom، وهو القائد في سوق PAM4 Optical DSP بنسبة حصة 60-70%. لقد استحوذت مؤخرًا على Celestial AI للدخول في مجال الاتصالات الضوئية بين الرقائق.
Lumentum$LITE
أبرز مورد لليزر EML. المُصنّع الوحيد عالميًا قادر على الإنتاج الضخم لـ 200G/lane EML، وقد أغلق NVIDIA طلبياته حتى ما بعد عام 2027.
Coherent$COHR
مُكَوِّنٌ متكامل للسلسلة الكاملة، مع وجود تواجد في المواد، والليزر، والوحدات. إيرادات السنة المالية 2025: 5.8 مليار دولار، وأكبر مُصنِّع في حصة سوق أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية.
台积电$TSM
صانع معايير التصنيع. تم إنتاج تقنية السيليكون الضوئي بحجم 65 نانومتر، وتعتبر منصة COUPE أحدث حلول التكامل غير المتجانس ثلاثي الأبعاد، وهي مرتبطة ارتباطًا عميقًا بمسار CPO الخاص بـ NVIDIA.
Tower Semiconductor$TSEM
أكبر مستفيد من تصنيع الضوء السيليكوني. بلغ إيرادات الضوء السيليكوني في عام 2025 زيادة بنسبة 70% على أساس سنوي، ويتم استثمار 650 مليون دولار لتوسيع القدرة الإنتاجية ثلاثة أضعاف. المرونة في القيمة السوقية هي الأقوى بين جميع الأصول.
Lightmatter / Ayar Labs غير مدرجة · مرشحة للاكتتاب العام
تُقدَّر Lightmatter بقيمة 4.4 مليار دولار، وتُطوِّر روابط ضوئية ثلاثية الأبعاد؛ بينما حصلت Ayar Labs على استثمارات من AMD وIntel وNVIDIA في آنٍ واحد، وتُطوِّر شرائح I/O البصرية. كلا الشركتين مرشحان محتملان لطرح عام أولي كبير.
انفجار الضوء السيليكوني يغير منطق التقييم
على سبيل المثال، كان يُقيّم وول ستريت شركة Tower Semiconductor كمصنع تعاقد عادي للنماذج التناظرية، بمعدل سعر إلى إيرادات يتراوح بين 2 إلى 3 أضعاف.
لكن عندما نمت أعمال الضوء السيليكوني من 5% من إجمالي الإيرادات إلى 30%-40%، بدأ السوق في إعادة تقييمها كأصل نادر في البنية التحتية للذكاء الاصطناعي، مع توقع ارتفاع نسبتها إلى سعر المبيعات إلى 6-10 أضعاف.
كانت لومينتوم وكوهيرينت مورّدين لأجهزة الاتصالات، لكنهما الآن يُعاد تعريفهما كمزوّدين لا غنى عنهم لمكونات الربط بالذكاء الاصطناعي. قام محلل بوفا فيفيك أريا بزيادة سعر الهدف لمارفيل إلى 200 دولار، استنادًا إلى تقييم مارفيل كمنصة بنية تحتية للذكاء الاصطناعي، وليس كشركة رقائق اتصالات.
يتشابه تقييم Evercore ISI لـ Cisco، حيث مع تعمّق منتجات الفوتونيات السيليكونية في مراكز البيانات الضخمة، قد يرتفع دخل Cisco الأساسي من الذكاء الاصطناعي من 3 مليارات دولار إلى 12-15 مليار دولار خلال السنوات الثلاث إلى الأربع القادمة.
حاجز تنافسي لصناعة الفوتونيات السيليكونية
تُظهر صناعة الفوتونيات السيليكونية سمة واضحة تتمثل في فوز الفائزين فقط، لأن كل عملية تكنولوجية مرّت بفترة طويلة من التراكم قبل انفجار الذكاء الاصطناعي.
لا توجد سوى أقل من 5 شركات عالميًا قادرة على إنتاج كميات كبيرة من أجهزة الليزر EML عالية الأداء، ودورة توسيع الطاقة تتراوح بين 3 إلى 5 سنوات. هذه هي أكثر مراحل السلسلة الإنتاجية تقييدًا.
عملية COUPE الخاصة بـ TSMC. حواجز عملية التكامل غير المتجانس ثلاثي الأبعاد، والمتنافسون متخلفون بمراحل على الأقل، ويتطلبون سنوات من تراكم الخبرة في معدلات الإنتاج.
بيئة مصنع التصنيع المُتعاقد معه PDK. بمجرد قيام العميل بتصميم ما في مصنع تصنيع مُتعاقد معه، تكون تكلفة التحول مرتفعة جدًا، حيث يتطلب إعادة التصميم وإعادة الشهادة من 12 إلى 18 شهرًا.
إدارة الحرارة والتغليف. يجب على CPO إدارة الترابط بين المجالات الفيزيائية الثلاثة—الكهرباء، والحرارة، والضوء—في مساحة تبلغ بضعة ملليمترات، ولا يمكن تحقيق ذلك دون سنوات من الخبرة في التكامل النظامي.
عملية اعتماد الموردين من شركات كبرى مثل AWS وGoogle عادةً ما تستغرق 12-24 شهرًا. بمجرد إكمال الاعتماد، يكون التمسك بالعملاء شديدًا.
المخاطر والتفكير البارد
نمو سلسلة التوريد بأكملها يعتمد بشكل كبير على إنفاق رأس المال للشركات الخمس الكبرى للحوسبة السحابية: مايكروسوفت وغوغل وميتا وأمازون وأوراكل.
توجد بدائل للمسار التقني، مثل LPO (الضوئية القابلة للإدخال الخطية)، وCPO (الضوئية المُحَمَّلة معًا)، وOCS (التبديل الضوئي للمسار)، وOptical I/O (الإدخال/الإخراج الضوئي)، وإذا تم استبدال مسار ما بمسار آخر، فقد تتعرض رؤوس الأموال المُستثمرة سابقًا لتخفيض في القيمة.
تُقيّم مؤسسات مثل LightCounting أن النشر الواسع النطاق الحقيقي لـ CPO لن يحدث إلا بعد عام 2028، وفي هذه الأثناء، ستكون حلول انتقالية مثل LPO هي السائدة في زيادة الحجم.
لذلك، فإن المراهنة على انتصار الصناعة أكثر أمانًا من المراهنة على انتصار شركة واحدة.