Auteur : Godeau
Les deux secteurs les plus populaires en IA : le stockage et la lumière. J'ai déjà écrit sur le cadre du stockage (Comprendre les puits de profit et la structure industrielle du stockage IA en un seul article), voici donc celui sur la lumière.
La photonique silicium, également appelée photonique sur silicium, est utilisée pour la communication entre puces de calcul, remplaçant les anciens câbles en cuivre, comme le montre clairement le schéma ci-dessous.
LPO (optique linéaire et interchangeable), CPO (optique intégrée au package), OCS (commutation optique) et Optical I/O (entrée/sortie optique), souvent rencontrés sans comprendre, sont différentes approches technologiques pour réaliser la photonique sur silicium.
Les puces traditionnelles utilisent des fils de cuivre pour la communication. Les puces photoniques en silicium intègrent directement sur la puce de silicium un laser pour générer de la lumière, un modulateur pour "moduler" la lumière et un *détecteur* pour "recevoir" la lumière, en utilisant la communication par photons.
Alors, pourquoi remplacer le cuivre ? Et pourquoi utiliser la photonique silicium, et pas autre chose ?
D'abord, les fils de cuivre atteignent presque leur limite physique lors de la transmission de signaux supérieurs à 1,6 T, ce qui entraîne une perte d'intégrité du signal. Il est impératif de changer de matériau. C'est le point le plus critique et celui qu'il faut absolument aborder. On parle de mur de bande passante.
Ensuite, le cuivre est un véritable objet physique ; lorsque les grappes de GPU deviennent plus grandes, il n'y a tout simplement plus de place pour les câbles en cuivre. C'est la raison pour laquelle il faut impérativement remplacer le cuivre. La lumière, en revanche, permet de souder directement les interfaces optiques à côté du puce de commutation, éliminant ainsi un grand nombre de câblages. On appelle cela le mur d'échelle.
Encore une fois, le cuivre consomme trop d’électricité ; dans les installations de centaines de mégawatts, la photonique silicium permet d’économiser des dizaines de milliers de kilowattheures par jour, qui étaient auparavant consommés par les communications par câble en cuivre. Une fois passée à la lumière, cette énergie peut être réaffectée aux GPU pour effectuer des calculs réels. On appelle cela la limite de consommation énergétique.
Plus intéressant encore, la photonique sur silicium peut tirer parti des procédés de fabrication CMOS matures existants dans le secteur des semi-conducteurs, sans nécessiter la construction d'une nouvelle usine, ce qui permet une production à faible coût et à grande échelle.
Bien sûr, la photonique sur silicium présente également un point faible : le silicium lui-même ne peut pas émettre de la lumière efficacement et doit s'appuyer sur le matériau phosphure d'indium (InP). Cela constitue le maillon le plus critique de toute la chaîne de valeur.
Évolution de la technologie photonique sur silicium
Le moment charnière le plus important est mars 2025, lorsque NVIDIA dévoile les commutateurs photoniques Quantum-X et Spectrum-X lors de la conférence GTC, et que Jensen Huang déclare qu'à partir de la génération suivante Rubin, « l'interconnexion optique n'est plus une option, mais une norme ».
Une semaine plus tard, NVIDIA a annoncé un investissement total de 4 milliards de dollars dans Coherent et Lumentum pour sécuriser sa chaîne d'approvisionnement critique.
Le phénomène optoélectronique au silicium a été publié dans les années 1980, et Intel et IBM ont fabriqué des modulateurs optiques au silicium entre 2004 et 2014.
Au cours de la dernière décennie, des fournisseurs de cloud de grande taille tels qu'AWS, Google et Meta ont appliqué la photonique sur silicium, mais cela ne constituait alors qu'une partie de la communication par fibre optique.
La situation actuelle du secteur
1) Niveau le plus bas : fonderie de puces
Fabrication de puces photoniques. TSMC $TSM mène la voie avec son procédé COUPE, Tower Semiconductor $TSEM se spécialise dans la fabrication sous contrat de la photonique sur silicium, avec une croissance de 70 % des revenus de la photonique sur silicium en 2025 par rapport à l'année précédente. GlobalFoundries $GFS est devenue le plus grand fabricant sous contrat dédié à la photonique sur silicium au monde grâce à l'acquisition d'AMF à Singapour.
2) Deuxième niveau : fournisseurs de composants principaux
Moins de cinq entreprises dans le monde fournissent des lasers, des modulateurs, principalement des lasers à phosphure d'indium (InP), capables de produire des lasers EML à haute vitesse.
Lumentum $LITE est le seul fabricant capable de produire en série des lasers EML à 200 G/lane, composant essentiel des modules optiques 1.6T. NVIDIA a déjà signé des commandes jusqu'après 2027 pour sécuriser sa capacité de production.
3) Troisième niveau : modules et fabricants de systèmes
Assemble the parts into a product. Coherent holds a 25% market share in global optical transceivers. China's InnoLight, Eoptolink, and Accelink are formidable in terms of manufacturing scale and cost competitiveness.
4) Intégrateur système
NVIDIA, Cisco, Broadcom, Marvell se trouvent tous à ce niveau.
Dans l'ensemble,
NVIDIA$NVDA
Établir la domination en déterminant quelles normes d'interconnexion seront adoptées pour les centres de données IA, puis verrouiller la chaîne d'approvisionnement par des investissements stratégiques.
Broadcom$AVGO
Leader absolu des puces d'interconnexion réseau, avec une part de marché des commutateurs Ethernet proche de 80 %. Le Tomahawk 6-Davisson est le premier commutateur CPO au monde à 102,4 Tbps.
Marvell$MRVL
Le principal concurrent de Broadcom, dominant le marché des DSP optiques PAM4 avec une part de 60 à 70 %. A récemment acquis Celestial AI pour entrer sur le marché de l'interconnexion optique puce à puce.
Lumentum$LITE
Fournisseur clé des lasers EML. Le seul fabricant au monde à produire en série des EML à 200 G/lane ; NVIDIA a verrouillé ses commandes jusqu'après 2027.
Coherent$COHR
Intégrateur complet de la chaîne de valeur, avec des activités dans les matériaux, les lasers et les modules. Revenus de 5,8 milliards de dollars en FY2025, leader mondial en part de marché des transceivers optiques.
台积电$TSM
Fabricant de normes de fabrication. Le procédé photonique silicium 65 nm est déjà en production, la plateforme COUPE est la solution d'intégration hétérogène 3D la plus avancée actuelle, et la route CPO de NVIDIA est étroitement liée à celle-ci.
Tower Semiconductor$TSEM
Bénéficiaire le plus pur de la fabrication photonique sur silicium. Les revenus liés à la photonique sur silicium ont augmenté de 70 % en glissement annuel en 2025, et 650 millions de dollars sont actuellement investis pour tripler la capacité. La souplesse de la capitalisation boursière est la plus forte parmi tous les actifs.
Lightmatter / Ayar Labs non coté · Candidat à un IPO
Lightmatter est évaluée à 4,4 milliards de dollars et développe des interconnexions photoniques 3D ; Ayar Labs reçoit simultanément des investissements d'AMD, d'Intel et de NVIDIA pour des pucelets d'I/O optique. Les deux sont des candidats potentiels à un IPO majeur.
L'explosion de la photonique sur silicium modifie la logique d'évaluation
Par exemple, auparavant, Wall Street évaluait Tower Semiconductor comme une fabrique de semi-conducteurs analogiques classique, avec un ratio cours/ventes d’environ 2 à 3 fois.
Mais lorsque l'activité de la photonique sur silicium passe de 5 % à 30-40 % du chiffre d'affaires total, le marché commence à réévaluer l'entreprise comme un actif rare d'infrastructure IA, avec un ratio cours / chiffre d'affaires susceptible d'atteindre 6 à 10 fois.
Lumentum et Coherent étaient auparavant des fournisseurs de composants télécoms, et sont désormais redéfinis comme des fournisseurs de composants indispensables à l'interconnexion de l'IA. L'analyste de BofA Vivek Arya a relevé son prix cible pour Marvell à 200 dollars, en évaluant Marvell comme une plateforme d'infrastructure IA, et non comme un fabricant de puces de communication.
Evercore ISI partage une analyse similaire concernant Cisco : à mesure que les produits de photonique sur silicium s'intègrent davantage dans les centres de données à très grande échelle, les revenus principaux liés à l'IA de Cisco pourraient passer de 3 milliards de dollars à 12 à 15 milliards de dollars au cours des 3 à 4 prochaines années.
Le fossé compétitif de l'industrie de la photonique sur silicium
L'industrie de la photonique sur silicium présente un caractère clairement gagnant-tout, car chaque processus a fait l'objet d'une longue maturation avant l'explosion de l'IA.
Les lasers InP : moins de cinq entreprises dans le monde sont capables de produire en série des lasers EML haut de gamme, avec un cycle d'expansion de capacité de 3 à 5 ans. Il s'agit du maillon le plus critique de toute la chaîne d'approvisionnement.
Le procédé COUPE de TSMC. Les barrières technologiques de l'intégration hétérogène 3D laissent les poursuivants au moins deux générations en retard, nécessitant des années d'expérience en taux de rendement.
Écosystème de fonderie PDK. Une fois qu'un client a conçu un produit chez un fabricant, le coût de changement est très élevé : il faut 12 à 18 mois pour une nouvelle conception et une nouvelle certification.
Gestion thermique et encapsulation. Les CPO doivent gérer la couplage des trois domaines physiques — électrique, thermique et optique — dans un espace de quelques millimètres, ce qui ne peut être réalisé sans plusieurs années d'expérience en intégration système.
Le processus d'authentification des fournisseurs pour des géants tels qu'AWS et Google prend généralement 12 à 24 mois. Une fois l'authentification terminée, la fidélité des clients est très élevée.
Risques et réflexion calme
La croissance de toute la chaîne industrielle dépend fortement des dépenses en capital des cinq géants du cloud : Microsoft, Google, Meta, Amazon et Oracle.
Les voies technologiques sont interchangeables : LPO (linear pluggable optics), CPO (co-packaged optics), OCS (optical circuit switching), Optical I/O (optical input/output). Si une voie est supplantée par une autre, les capitaux investis précédemment pourraient faire l'objet d'une dépréciation.
Les organismes d'étude tels que LightCounting estiment qu'un déploiement à grande échelle de CPO n'arrivera qu'après 2028, et qu'avant cela, ce seront principalement des solutions de transition comme LPO qui domineront.
Il est donc plus sûr de parier sur l'industrie que sur une seule entreprise.