Expansion mondiale des puces optiques stimulée par la demande des centres de données IA

Il faut dire que la demande pour les puces photoniques est très forte.

Ces derniers jours, la chaîne d'approvisionnement mondiale des puces photoniques a connu une série d'actions intensives en matière d'expansion de la production, de contrats à long terme, d'investissements et de liens avec les chaînes d'approvisionnement : Coherent agrandit sa ligne de production de semi-conducteurs composés InP de 6 pouces à Sherman, au Texas ; Nokia étend ses capacités avancées de test et d'emballage de puces photoniques à Allentown, en Pennsylvanie, aux États-Unis ; JX Advanced Metals au Japon prévoit d'investir jusqu'à 120 milliards de yens pour augmenter sa capacité de substrats InP de 7 à 10 fois ; IQE et Tower Semiconductor signent un accord pluriannuel pour la fourniture d'épitaxies InP ; en Chine, Soluxtek, filiale de Dongshan Precision, annonce également un projet d'expansion des puces photoniques et des modules optiques à haute vitesse à Changzhou, avec un investissement total de 1,2 milliard de dollars américains.

Une course à la capacité de production autour de la capacité d'interconnexion optique des centres de données AI a déjà commencé.

Commençons par les mesures d'expansion aux États-Unis.

Le 16 juin, Coherent a annoncé avoir signé une lettre d'intention pour obtenir jusqu'à 50 millions de dollars en financement direct du Département du Commerce américain dans le cadre de la Loi sur les puces et la science, afin d'agrandir son usine de fabrication de semi-conducteurs InP (phosphure d'indium) de 6 pouces, leader mondial, située à Sherman, au Texas. Le lendemain de l'annonce, Coherent a organisé la cérémonie de pose de la première pierre pour l'agrandissement de son usine à Sherman, au Texas. Coherent souligne que ce site abrite la première et actuellement la plus grande plateforme de fabrication InP de 6 pouces au monde. À l'issue de l'agrandissement, l'espace de production de l'usine sera doublé et sa capacité de production de wafers augmentée jusqu'à quatre fois.

Il est à noter que Jensen Huang, fondateur et PDG de NVIDIA, a personnellement assisté à la cérémonie de Coherent et a partagé la scène avec Jim Anderson, le nouveau PDG de Coherent. NVIDIA avait précédemment annoncé un investissement stratégique de 2 milliards de dollars dans Coherent afin de sécuriser sa capacité future pour ses lasers, moteurs optiques et modules optiques les plus avancés. Huang a déclaré sur place : « L’IA repose sur la puissance de calcul, mais sa mise à l’échelle est freinée par la connectivité, et l’usine Sherman est l’endroit où l’on construit ces “tissus nerveux de connexion”. »

Source de l’image : techpowerup

Nvidia a intégré la photonique dans la chaîne d'approvisionnement des infrastructures IA en investissant du capital. Déjà en mars de cette année, Nvidia a annoncé des investissements de 2 milliards de dollars chacun dans Coherent et Lumentum, accompagnés d'engagements d'achat pluriannuels et de droits futurs sur la capacité et l'accès pour des lasers avancés, des produits de réseaux optiques, la R&D et l'expansion des capacités de fabrication aux États-Unis.

Lumentum constitue également un élément incontournable du schéma d'expansion de la production de puces photoniques aux États-Unis. En mars, Lumentum a annoncé la construction d'une nouvelle usine de fabrication de lasers avancés à Greensboro, en Caroline du Nord, aux États-Unis. Cette usine, d'une superficie d'environ 240 000 pieds carrés, se concentrera sur la production de composants photoniques en phosphure d'indium (InP) destinés aux grands centres de données AI mondiaux. En mai, AIXTRON a annoncé avoir reçu de Lumentum des commandes pour plusieurs systèmes G10-AsP MOCVD. Le cours de l'action de Lumentum a augmenté de 769 % au cours de la dernière année.

Le 16 juin également, Nokia a annoncé l'expansion de ses capacités avancées de test et d'emballage de puces photoniques à Allentown, en Pennsylvanie, aux États-Unis, en intégrant davantage les puces photoniques dans des modules photoniques destinés à l'infrastructure AI et aux télécommunications. Nokia a indiqué que ce site est l'un des rares aux États-Unis à disposer de telles capacités ; après l'expansion, la capacité maximale augmentera jusqu'à dix fois le niveau actuel, avec une capacité commerciale prévue pour la fin du troisième trimestre 2026.

Nokia complète ses capacités en emballage, test et modularité de puces photoniques, Coherent apporte ses compétences en fabrication en amont de composants photoniques InP, tandis que les investissements précédents de Nvidia dans Coherent et Lumentum équivalent à une sécurisation anticipée de financements, de commandes et de capacités pour les fournisseurs clés de lasers et de réseaux optiques. Les États-Unis intègrent l'interconnexion optique des centres de données AI dans leur système de fabrication semi-conducteurs local.

Le Japon comble le domaine des matériaux en amont, ce qui est également le domaine dans lequel le Japon excelle depuis longtemps dans les semi-conducteurs.

Le 16 juin, JX Advanced Metals, l'un des deux leaders mondiaux des substrats InP, a annoncé son projet d'investir jusqu'à 120 milliards de yens au cours des quatre prochaines années pour augmenter sa capacité de production de substrats InP. Ajoutés aux investissements précédemment annoncés, le montant total des investissements pour la construction de la capacité InP de l'entreprise atteindra environ 150 milliards de yens. Ces investissements permettront à l'entreprise d'augmenter sa capacité de 7 à 10 fois.

JX Advanced Metals produit des substrats d'arséniure de gallium depuis les années 1980. Au cours de l'exercice fiscal 2025, l'entreprise a investi 25 milliards de yens pour augmenter la capacité de production de ce matériau. Selon l'entreprise d'études de marché India Strait Research, le marché mondial des plaquettes d'arséniure de gallium devrait atteindre 507,21 millions de dollars américains d'ici 2034, soit près de trois fois la taille de 2025. Actuellement, JX Advanced Metals et son concurrent Sumitomo Electric occupent chacun environ 40 % du marché.

Du côté européen, plusieurs actions clés ont également été entreprises.

Lorsque les marchés discutent de l'optique photonique, ils opposent souvent « la photonique sur silicium » et « l'InP » : comme si, avec la généralisation de la photonique sur silicium, l'InP était voué à être remplacé. Ajoutée à la précédente litige en matière de propriété intellectuelle (IP) entre IQE et Tower Semiconductor, cette vision renforce cette impression. Toutefois, la véritable trajectoire industrielle est plus complexe, comme le démontrent les actions d'IQE et de Tower.

Le 15 juin, IQE a conclu un accord de fourniture pluriannuel de substrats épitaxiaux InP avec Tower Semiconductor, soutenant l'extension à la production de la plateforme photonique sur silicium de Tower dans des domaines tels que les transceivers amovibles à 200 Gb/voie, les modulateurs de nouvelle génération à 400 Gb/voie et les commutateurs optiques. Cet accord stipule que Tower s'engage à un volume d'achat minimum la première année, et IQE s'engage à fournir en conséquence, suivis de engagements de volumes d'achat minimaux ultérieurs. Cela illustre une tendance claire : la prochaine génération de plateformes photoniques sur silicium ne rejette pas complètement les matériaux III-V, mais nécessite l'intégration de composants InP haute performance dans des plateformes photoniques sur silicium matures. La photonique sur silicium assure l'intégration à grande échelle, la compatibilité avec les procédés CMOS et la fabrication sur plateforme, tandis que l'InP continue de jouer un rôle clé dans la génération de lumière haute performance, la modulation et la conversion optoélectronique.

Dans le cadre d'un autre accord, Tower accordera également à IQE une licence mondiale sans redevance étendue pour les brevets sur le silicium poreux. Précédemment, les deux entreprises étaient en litige concernant des droits de propriété intellectuelle ; Tower réglera ce différend en mettant fin à toutes les procédures judiciaires.

Dans son rapport financier du premier trimestre 2026 publié le 13 mai 2024, Tower a indiqué qu'elle met en œuvre un plan agressif d'expansion mondiale de la capacité de production de wafers photoniques en silicium, avec pour objectif d'augmenter la capacité mensuelle de production de wafers photoniques en silicium à plus de cinq fois le niveau de fin 2025 d'ici la fin de 2026. De plus, Tower a annoncé avoir signé des contrats d'approvisionnement à long terme pour la photonique en silicium d'une valeur totale pouvant atteindre 1,3 milliard de dollars avec plusieurs clients majeurs, et a reçu directement au premier trimestre 2026 un acompte de 290 millions de dollars de la part de ses clients. Avec l'arrivée progressive des équipements dans les différents sites, l'investissement total mondial de Tower dans les processus, équipements et emballages liés à la photonique en silicium s'élèvera à environ 920 millions de dollars.

En mars 2026, ST a annoncé qu'elle envisageait une expansion modulaire à Crolles, en France, avec pour objectif de quadrupler la capacité de production photonique sur silicium 300 mm d'ici 2027, et de planifier des extensions supplémentaires pour 2028. De plus, ce projet bénéficie du soutien du programme européen de chaînes d'approvisionnement souveraines. La plateforme de technologie photonique sur silicium PIC100 de ST, basée sur des lignes de fabrication de wafers 300 mm, est désormais en phase de production à plein rendement pour les principaux fournisseurs mondiaux de cloud, principalement destinée aux puces centrales des transceivers optiques 800G et 1,6 T.

Le 2 juin, le fabricant suédois de semi-conducteurs Sivers Semiconductors (spécialisé dans les matrices de lasers à haute puissance et multi-longueurs d'onde) a établi un partenariat stratégique approfondi avec GlobalFoundries, le géant américain du fabrication à la commande, pour développer des solutions de connexion optique de nouvelle génération destinées à l'infrastructure des centres de données IA. Plus précisément, les matrices de lasers avancées de Sivers seront directement intégrées à la plateforme de photonique sur silicium de GlobalFoundries.

Au niveau national, le secteur des puces photoniques connaît également une croissance fulgurante.

Selon les statistiques sectorielles de Securites Times - Data Treasure, jusqu'au premier trimestre 2026, la taille totale des projets en cours des sept entreprises nationales clés cotées en modules optiques a atteint 3,898 milliards de yuans, soit une augmentation de plus de six fois par rapport à la même période il y a quatre ans (2022). Selon un rapport d'analyse de China Post Securities, les géants étrangers représentent 95 % du marché mondial d'arséniure de gallium phosphore, avec un déficit global d'offre et de demande dans le secteur de l'arséniure de gallium phosphore proche de 70 %, une tendance de forte activité prévue jusqu'en 2028.

Le soir du 16 juin, Dongshan Precision a annoncé qu'elle approuvait la mise en place, par sa filiale entièrement détenue, Soluxra Photonics, et ses filiales, d'un projet d'extension de la production de puces optiques et de modules optiques à haute vitesse à Changzhou, avec un investissement total de 1,2 milliard de dollars américains, financé par des ressources propres à l'entreprise. Soluxra est une entreprise intégrée verticalement possédant des compétences en conception, fabrication, encapsulation de puces optiques, ainsi qu'en assemblage et test de modules optiques. Après avoir acquis Soluxra, Dongshan Precision a pénétré les segments centraux de la communication optique pour l'IA, passant ainsi de la fabrication électronique traditionnelle et de la chaîne de valeur des appareils grand public.

Du point de vue de la contribution financière, la consolidation de Solus a déjà apporté une contribution aux bénéfices de Dongshan Precision nettement supérieure à sa part de revenus. Au cours de l'exercice 2025 et du premier trimestre 2026, la part des revenus de Solus après consolidation s'est élevée à 3,58 % et 16,02 %, tandis que la part des bénéfices a atteint respectivement 22,69 % et 52,92 %. Cela démontre que l'activité de communication optique non seulement croît rapidement, mais présente également une forte élasticité des bénéfices. C'est la raison pour laquelle Dongshan Precision est prête à investir 1,2 milliard de dollars supplémentaires.

Sanan Optoelectronics a répondu sur sa plateforme d'interaction le 3 juin : elle affirme que ses procédés de croissance épitaxiale d'InP, de fabrication de puces et de test et emballage sont leaders en Chine, et qu'elle dispose déjà de la capacité de production en série de puces optiques InP de 6 pouces. Elle indique que sa capacité de production optique s'élève à 2 750 pièces par mois, et que la phase critique d'épitaxie a été étendue à près de 6 000 pièces par mois. En ce qui concerne les produits, Sanan Optoelectronics mentionne dans son rapport annuel 2025 qu'elle peut fournir des puces laser et détecteurs, notamment des sources CW, des VCSEL, des EML et des PD, destinées aux modules optiques. Les puces optiques pour modules optiques 400G et 800G sont déjà livrées en série, et les puces optiques pour modules 1.6T ont été envoyées aux clients pour validation.

Au niveau des matières premières, en avril de cette année, Yunnan Germanium a officiellement lancé le projet « Construction d'une ligne de production de cristaux de phosphure d'indium de haute qualité ». Ce projet prévoit l'extension d'une ligne de production d'une capacité annuelle de 300 000 plaquettes (équivalent 4 pouces, incluant 6 000 plaquettes de 6 pouces). À partir de la capacité actuelle de 150 000 plaquettes par an, la capacité totale atteindra 450 000 plaquettes par an, avec une période de construction de 18 mois. Actuellement, les validations industrielles et l'installation des équipements se déroulent selon le planning, et la capacité sera progressivement mise en service au fur et à mesure de l'avancement des travaux.

La chaîne industrielle chinoise des puces photoniques est en train de compléter sa chaîne complète, passant de l’assemblage de modules à la production intégrée : matériaux → épitaxie → puces → conditionnement et test → modules.

Il est bien connu que, dans le domaine des puces photoniques, le CPO est le « Saint-Graal » de l'industrie. Toutefois, actuellement, la mise en œuvre du CPO est constamment repoussée. Par conséquent, l'industrie exprime une grande inquiétude concernant le secteur de la communication optique : si le CPO (optique intégrée au package) tarde à se concrétiser ou faiblit, les entreprises de modules optiques perdront-elles leur potentiel de croissance ?

Le dernier rapport optique de Morgan Stanley fournit une réfutation très claire. Morgan Stanley souligne que les investisseurs se concentrent trop sur le moment précis où le CPO sera utilisé, tout en ignorant l'élément fondamental invariable : la demande croissante en bande passante.

Quelle que soit l’architecture finale retenue par le marché — optique interchangeable, NPO, CPO, OBO ou hybride — la demande accrue en bande passante devrait continuer à stimuler l’augmentation des moteurs optiques, des lasers et des composants associés par GPU ou par rack. Selon Morgan Stanley, l’évolution de l’architecture n’est qu’une question de trajectoire, mais une explosion globale de la quantité d’optique est inévitable.

Qu'est-ce que le CPO, le NPO et le module amovible ?

Pluggable traditionnel : les modules optiques sont branchés sur le panneau avant de l’interrupteur, comme une clé USB, et sont connectés au puce d’interconnexion interne (ASIC) par des câbles en cuivre.

NPO (Near-Package Optics) : Déplacer le moteur optique à l'intérieur de l'interrupteur, à côté du puce d'interconnexion, pour réduire la distance des câbles en cuivre.

CPO (co-packaged optics) : intégrer directement les puces optiques et les puces de commutation (ou GPU) sur la même sous-couche, éliminant complètement les lignes en cuivre à longue distance et réduisant au minimum la consommation d'énergie et la latence.

Actuellement, le CPO présente des problèmes majeurs tels qu’un emballage extrêmement complexe, un faible taux de rendement, et le fait qu’un seul composant défectueux puisse rendre toute la carte mère inutilisable (réparation impossible / faible serviceabilité). Par conséquent, la diffusion à grande échelle du CPO ralentira probablement. Mais même si le marché n’adopte pas le CPO à court terme, continue d’utiliser des modules optiques interchangeables traditionnels, ou adopte une « approche hybride cuivre/CPO », le nombre d’engins optiques et de lasers par serveur AI et par GPU augmente toujours considérablement.

La controverse autour du CPO ne concerne pas seulement l'emplacement du package, mais aussi le choix de la source lumineuse. Le CPO consiste à placer le moteur optique aussi près que possible du puce de commutation ou de calcul afin de réduire la distance de transmission des signaux électriques à haute vitesse, diminuant ainsi la consommation d'énergie et les goulots d'étranglement en bande passante. Toutefois, l'industrie n'a pas encore adopté une seule solution pour la source lumineuse.

Les trois technologies actuellement les plus关注 sont : SiPh + CW Laser (photonique silicium + laser à onde continue), VCSEL (laser à émission verticale par cavité de surface) et MicroLED (micro-diode électroluminescente). Les différences en termes de maturité, de coût, de distance et de consommation énergétique entre ces différentes approches indiquent que la CPO ne prendra probablement pas une forme unique, mais qu'elle se déclinera en plusieurs solutions coexistantes selon les niveaux de distance au sein des centres de données AI.

La solution SiPh + CW Laser, soit « puce photonique silicium + laser à onde continue », présente le niveau de maturité technologique le plus élevé, avec une distance de transmission efficace dépassant 1 km, ce qui la rend plus adaptée aux connexions exigeantes en bande passante, distance et fiabilité au sein des centres de données ; toutefois, des défis persistent en termes de consommation énergétique système, de couplage et de封装, ainsi que de coûts.

Les avantages des VCSEL résident dans leur haute efficacité énergétique, leur faible coût et leur forte capacité d'arrayisation, ainsi que leur maturité technologique élevée. Toutefois, leur distance effective est généralement limitée à moins de cent mètres, ce qui les rend plus adaptés aux interconnexions courtes à l'intérieur ou entre les armoires. Par conséquent, le rôle des VCSEL n'est pas de remplacer le SiPh + Laser CW, mais plutôt de servir de solution complémentaire dans les scénarios d'interconnexion optique courte distance, à faible coût et à haute densité.

MicroLED constitue plutôt une solution potentielle orientée vers l'avenir, offrant un faible délai, un coût réduit et un potentiel d'efficacité énergétique élevée, mais avec une portée plus courte et un niveau de maturité technologique le plus bas. Il s'agit de la voie « cheval noir » qui a retenu l'attention dans le domaine de l'interconnexion optique ces dernières années. Des startups de puces photoniques silicium, telles qu'Ayar Labs, explorent activement l'intégration de MicroLED, initialement utilisés dans le domaine de l'affichage, dans des interconnexions optiques à haute densité au niveau Chiplet. Cette approche repose principalement sur l'utilisation d'arrays de LED de très petite taille (à l'échelle micrométrique) en tant que sources lumineuses, directement intégrées sur les bords ou la base de puces de calcul (telles que GPU ou HBM), en transmettant des données via la modulation directe des MicroLED par des signaux électriques.

Il en résulte que, dans l'avenir, CPO ne sera probablement pas dominé par une seule technologie de source lumineuse, mais qu'une hiérarchie de solutions coexistera, adaptée aux différentes distances, densités de bande passante et contraintes de coût au sein des centres de données AI, incluant SiPh, VCSEL, MicroLED, etc. Cela illustre également que l'expansion de la production de puces photoniques ne consiste pas à miser sur une seule technologie CPO, mais à anticiper l'augmentation globale de la valeur dans l'ensemble du système — sources lumineuses, modules photoniques, emballage et tests, ainsi que matériaux — après le passage des clusters AI de l'interconnexion électrique à l'interconnexion optique.

Dans cette vague mondiale d'expansion de la production de puces photoniques alimentée par la puissance de calcul de l'IA, aucune région ne souhaite rester en arrière : les États-Unis réorganisent leur chaîne de fabrication locale grâce à des politiques et au capital des géants, le Japon défend farouchement ses avantages en matériaux en amont, l'Europe promeut activement la mise en œuvre industrielle de l'intégration hétérogène de la photonique silicium et des semi-conducteurs composés, tandis que la Chine démontre une résilience industrielle remarquable grâce à sa vitesse impressionnante de déploiement de lignes de production, l'ampleur de ses projets en cours et sa capacité croissante à s'étendre vers les matériaux en amont et à l'intégration verticale des puces.

En apparence, il s'agit d'une course à la capacité de production entre les fabricants des États-Unis, du Japon, de l'Europe et de la Chine ; en réalité, il s'agit d'un pari collectif de la chaîne mondiale de semi-conducteurs sur « plus de lumière », après que les centres de données AI ont passé d'une expansion de la puissance de calcul à une expansion de la bande passante.

La course aux armements de l'ère photonique est entrée en phase aiguë.

Cet article provient du compte officiel WeChat « Observation de l'industrie des semi-conducteurs » (ID : icbank), auteur : Du Qin DQ