TSMC est en tête dans le domaine de l'optique intégrée au package pour les centres de données (CPO). Les commutateurs CPO de Broadcom et NVIDIA, basés sur la technologie de TSMC, ont déjà été envoyés en échantillons ou livrés aux clients.

Auteur et source de l'article : Wall Street Journal

Dans la course actuelle au « Co-Packaged Optics (CPO) » au sein du centre de données, TSMC a pris une avance grâce aux progrès des produits de Broadcom et NVIDIA. Dans le même temps, Samsung pourrait miser sur la prochaine étape.

Le 12 juillet, l'organisme PhotonCap a publié un article d'enquête sur le terrain indiquant que les CPO destinés aux commutateurs sont passés officiellement de la phase de validation technique à celle du déploiement client.

Les capacités de fabrication et d'empaquetage avancé de TSMC dans ce segment ont déjà été validées par les premiers projets commerciaux de premier plan. Mais le champ de bataille futur sera bien plus complexe que le CPO des commutateurs actuel.

Lorsque l'I/O optique (interface de connexion optique) pénètre à l'intérieur du package contenant les puces de calcul hétérogène (XPU) et la mémoire à haut débit (HBM), celui qui dominera la conception conjointe de ces trois éléments redéfinira la dynamique concurrentielle de l'ensemble de l'industrie.

Won-Kyoung Choi, vice-président senior de Samsung Electronics, a déclaré le 9 juillet lors de Nano Korea que l'entreprise développe un emballage avancé 2.xD visant à intégrer HBM, puces logiques et puces de photonique silicium au sein d'un même emballage. Cette orientation cible précisément l'I/O optique pour les emballages de calcul IA futurs.

Actuellement, TSMC mène la voie dans le domaine des CPO de commutateurs.

Sur le marché actuel du CPO, TSMC est le leader indiscutable.

Les recherches indiquent que Broadcom a envoyé des échantillons de son commutateur Ethernet CPO de 102,4 Tbps basé sur la plateforme COUPE (Compact Optical Universal Engine) de TSMC à des clients pilotes.

En parallèle, les commutateurs photoniques Quantum-X d’NVIDIA ont commencé à être livrés, et les commutateurs photoniques Spectrum-X Ethernet sont entrés en phase de production, avec parmi les premiers utilisateurs CoreWeave, Lambda et Oracle.

Le point commun de cette génération de produits est que l'optical engine est déployé à proximité du switch ASIC (circuit intégré spécifique). Sa base de fabrication principale repose sur la technologie silicium-photonique mature de TSMC et ses capacités de empilement SoIC 3D.

Dans cette architecture, la compétition porte sur le empilement et le collage des circuits intégrés photoniques (PIC) et des circuits intégrés électroniques (EIC), ainsi que sur leur intégration dans le package du commutateur. À ce stade, le HBM n'est pas un composant nécessaire.

En comparaison, la feuille de route du « solution CPO tout-en-un » publiée par Samsung cible l'année 2029. Si l'on se base sur les volumes d'expédition actuels des commutateurs CPO et la validation par les clients, Samsung n'a pas encore atteint le rythme commercial de TSMC.

L'anxiété liée à la consommation d'énergie pousse les moteurs optiques à s'approcher des puces de calcul

La raison principale pour laquelle l'optique I/O doit passer d'une architecture board-level à une intégration à l'intérieur du package est la consommation d'énergie.

Les documents de présentation préparés par Samsung Foundry pour l'OECC 2026 révèlent une étape clé :

• Lorsqu'un module optique amovible est déployé au niveau de la carte, la consommation énergétique par bit est d'environ 10 pJ ;
• Lorsque le moteur optique est placé sur un substrat à proximité de l’interrupteur, la consommation d’énergie diminue à environ 5 pJ ;
• Si l'I/O optique est davantage intégré à la couche intermédiaire (interposer) près du XPU, la consommation énergétique peut être réduite de manière significative à environ 2 pJ.

La logique fondamentale de ce changement réside dans « la réduction de la distance de transmission des signaux électriques ». Plus l'engine optique est proche du processeur de calcul, plus les liaisons électriques sont courtes, et moins de régulation du signal est nécessaire pour compenser les pertes dues aux pistes sur la carte et aux connecteurs.

Ainsi, le conditionnement avancé devient l'étape clé pour transformer l'avantage de consommation énergétique physique en avantage commercial. Cela ne signifie pas que le CPO va immédiatement éliminer les modules optiques interchangeables ; les deux coexisteront à long terme, selon les distances de transmission et les budgets de consommation énergétique.

Mais les prévisions de données de Samsung révèlent une croissance annuelle supérieure à 25 % pour le marché de l'optique amovible, et une croissance annuelle dépassant 150 % pour le marché CPO. Les capitaux et les ressources en R&D affluent follement vers les architectures optiques à haute intégration.

Deux architectures CPO, la concurrence décalée entre Samsung et TSMC

Confondre le « CPO du switch » avec l'« I/O optique XPU-HBM » sous-estime gravement la complexité de la prochaine phase de concurrence. En réalité, il s'agit de deux architectures complètement différentes :

Le premier type est le CPO d'échangeur actuel, largement répandu. L'optique est placée à côté de l'ASIC d'échangeur, comme dans les produits de Broadcom et NVIDIA. Il résout les problèmes de consommation d'énergie et d'intégrité du signal dans les scénarios d'échange à haut débit. L'avantage concurrentiel de TSMC réside dans la technologie photonique sur silicium, le collage avancé et l'intégration du package d'échangeur.

Le deuxième type est le package I/O optique pour le système XPU-HBM. Sa structure intègre sur la couche intermédiaire à la fois l’XPU (ou le GPU), le HBM et le moteur optique contenant le PIC et l’EIC. À ce stade, l’I/O optique n’est plus un composant périphérique du commutateur, mais devient véritablement une partie intégrante du « package de calcul ».

Le package avancé 2.xD proposé récemment par des cadres de Samsung vise précisément cette direction. Cette solution prévoit d'intégrer HBM, puces logiques et puces de photonique sur silicium au sein d'un même package, tout en étendant les capacités de package système grâce à une couche de redistribution de niveau panneau (RDL), afin de répondre aux besoins en débit massif des centres de données IA.

Pour les investisseurs, la logique de concurrence entre ces deux architectures est radicalement différente : la première met à l'épreuve un seul procédé de fabrication et de conditionnement ; la seconde exige une optimisation conjointe approfondie du calcul, de la mémoire, de l'optique et du conditionnement dès la phase de conception.

Les atouts de Samsung et les contraintes réelles de la rentabilité multi-die

Le principal avantage différenciant potentiel de Samsung réside dans son modèle d'activité «三位一体» : il possède simultanément des capacités en HBM, en fabrication de puces logiques et en plateforme de photonique sur silicium.

TSMC, bien qu'elle possède des capacités de pointe en matière de fabrication logique, de technologie photonique sur silicium et de封装 CoWoS, ne produit pas d'HBM.

Samsung a déjà réussi à connecter son HBM à ses capacités de fabrication de puces via la puce de base SF4 et a établi sa propre plateforme de photonique silicium. Cela signifie que Samsung peut théoriquement réaliser en interne la co-conception intégrée de l'interface HBM, des I/O logiques, du moteur optique et de la gestion thermique, sans dépendre des fournisseurs externes de mémoire.

2.xD fait face à un défi extrêmement exigeant en matière de rendement multi-dies. Lorsque la puce logique, le HBM, le PIC, l'EIC et l'interposeur sont intégrés dans un même package, toute défaillance d'un seul composant entraîne la mise au rebut de l'ensemble du package coûteux.

L'augmentation du nombre de puces, l'élargissement de la surface de paquetage et l'augmentation de la complexité des liaisons amplifient considérablement la pression sur le taux de rendement et les risques coûts.

En parallèle, les concurrents ne restent pas inactifs. TSMC avance sur l'intégration de COUPE et du封装 CoWoS, en utilisant un écosystème externe mature pour accéder à HBM.

D'autre part, le géant du stockage SK Hynix accélère également le développement de ses capacités en emballage avancé : son usine d'emballage avancé à Indianapolis, aux États-Unis, avec un investissement de 3,87 milliards de dollars, entrera en production en 2028, et a déjà intégré la technologie CPO dans son programme de recherche et développement pour les systèmes mémoire.

La synergie transversale entre l'optique, la mémoire et le conditionnement devient un point d'effort commun pour l'ensemble de la chaîne de valeur.

Les ordres sont la seule mesure du succès ou de l'échec.

TSMC a remporté la première manche du CPO pour commutateurs, avec un avantage fondé sur des échantillons clients réels, la livraison de produits et le calendrier de mise en production.

Samsung mise quant à elle sur la prochaine bataille : tenter de surpasser la concurrence dans le domaine du packaging pour le calcul AI en exploitant son intégration verticale dans les domaines du HBM, de la logique et de la photonique sur silicium.

Mais le marché ne devrait pas assimiler la « feuille de route technique » à un « avantage concurrentiel ».

Au cours des 12 prochains mois, le seul signal le plus important à suivre dans l'industrie est : un client identifié commandera-t-il une conception exigeant que le HBM, la puce logique et l'I/O optique soient regroupés dans un même package et confiés à Samsung pour la fabrication ?

Si cette commande est concrétisée, le «三位一体» de Samsung passera d'un actif papier à un véritable outil commercial.

Si la mise en œuvre est retardée, le chemin flexible construit par TSMC grâce à ses procédés de pointe et à l'écosystème HBM externe restera le choix le plus sûr pour les géants de l'IA.