作者：ゴドー
AIで最も人気の二つのセクターは、ストレージと光です。以前、ストレージのフレームワークを書きました（AIストレージ階層の利益池と産業構造を一読で理解する），今回は光について書きます。
シリコンフォトニクスは、従来の銅線に代わって、計算チップ間の通信に使用されます。下の図が非常に直観的です。
普段見かけるかもしれないLPO（線形可插拔光学）、CPO（共封止光学）、OCS（光路スイッチ）、Optical I/O（光学入出力）は、シリコンフォトニクスを実現する異なる技術路線です。
従来のチップは銅線で通信します。シリコンフォトニクスチップは、光を生成するレーザー、光を「変調」する変調器、光を「受信」する*検出器*を直接シリコン基板に統合し、光子通信を使用します。
では、なぜ銅を置き換えるのでしょうか？また、なぜ他のものではなくシリコンフォトニクスを使うのでしょうか？
まず、銅線は1.6T以上の信号を伝送する際に物理的限界に達し、信号が不完全になり始めます。材料の変更を検討する必要があります。これは最も重要な課題であり、避けられない対応です。これは「バンド幅の壁」と呼ばれます。
次に、銅は実際の物理的な存在であり、GPUクラスターが大きくなると、銅線を置く場所がなくなります。これが銅を置き換える必要がある理由です。光は異なり、光インターフェースをスイッチチップの横に直接はんだ付けでき、大量の配線を省略できます。これは規模の壁と呼ばれます。
再び銅は電力を非常に消費します。シリコンフォトニクスは、百メガワット級の施設で毎日数万キロワット時の電力を節約できます。これらの電力は銅線通信時に消費されていたものです。光に切り替えることで、これらの電力をGPUに割り当て、本格的な計算に使用できます。これは「電力の壁」と呼ばれます。
より興味深いことに、シリコンフォトニクスは、既存の半導体産業で確立されたCMOS製造プロセスを活用できるため、新しい工場を一から建設する必要がなく、低コストで量産が可能です。
もちろん、シリコンフォトニクスにも短所があり、シリコン自体は効率的に光を発生できないため、リン化インジウム（InP）材料に頼らざるを得ません。これは、全体の産業チェーンで最も重要なボトルネックとなっています。
シリコンフォトニクス技術の進化
最も重要な分水嶺は2025年3月で、NVIDIAがGTCカンファレンスでQuantum-XおよびSpectrum-Xのフォトニックスイッチを発表し、ジェンスン・ホアンは次世代Rubinから「光インターコネクトはオプションではなく標準仕様となる」と発表した。
一週後、NVIDIAはCoherentおよびLumentumに合計40億ドルを投資し、重要なサプライチェーンを確保した。
シリコン光電効果の論文は1980年代に発表され、2004年から2014年にかけてIntelおよびIBMがシリコン光変調器を製造した。
過去10年間、AWS、Google、Metaなどの超大手クラウドサービスプロバイダーは、シリコンフォトニクスを活用してきたが、当時は光ファイバー通信の一部に過ぎなかった。
現在の産業構造
1）最下層：半導体ファウンドリ
フォトニックチップを製造。TSMCはCOUPEプロセスでリードし、Tower Semiconductorはシリコンフォトニクス受託製造に特化し、2025年のシリコンフォトニクス収益は前年比70%増加。GlobalFoundriesはシンガポールのAMFを買収し、世界最大の専用シリコンフォトニクス受託製造業者となった。
2）第2層：コアデバイスサプライヤー
レーザー、変調器などを提供する企業は世界で5社未満であり、主にインジウムホスファイド（InP）レーザーを製造し、高速EMLレーザーを生産しています。
Lumentum $LITE 是唯一能够量产 200G/lane EML 激光器的厂商，这是 1.6T 光模块的核心部件。NVIDIA 為了確保其產能，已將訂單簽至 2027 年之後。
3）第3層：モジュールおよびシステムメーカー
部品を組み立てて製品を完成させる。Coherentは全球の光トランシーバー市場で25%のシェアを占めている。中国の中際旭創（InnoLight）、新易盛（Eoptolink）、光迅科技（Accelink）は製造規模とコスト競争力において無視できない存在である。
4）最上位：システムインテグレーター
NVIDIA、Cisco、博通 Broadcom、马维尔 Marvell がこの層にあります。
全体として、
NVIDIA$NVDA
支配的地位を確立し、AIデータセンターに採用されるインターコネクト標準を決定し、戦略的投資を通じてサプライチェーンを確保する。
Broadcom$AVGO
ネットワークスイッチチップの絶対的リーダーで、イーサネットスイッチの市場シェアは約80％です。Tomahawk 6-Davissonは、世界初の102.4 Tbps CPOスイッチです。
Marvell$MRVL
Broadcomの最も強力な競合相手で、PAM4光DSP市場を60〜70％のシェアで支配。最近、Celestial AIを買収し、チップ間光接続分野に進出。
Lumentum$LITE
EMLレーザーの最も重要なサプライヤー。世界で唯一200G/レーンのEMLを量産可能なメーカーであり、NVIDIAは2027年以降の注文を確保済みである。
Coherent$COHR
材料、レーザー、モジュールまでフルサプライチェーンをカバー。FY2025の売上は58億ドルで、光トランシーバー市場シェア第1位のメーカー。
台积电$TSM
プロセス基準の策定者。65nmシリコンフォトニクスプロセスは量産済みであり、COUPEプラットフォームは現在最も先進的な3D異種集積ソリューションであり、NVIDIAのCPO路線と密接に連携している。
Tower Semiconductor$TSEM
最も純粋なシリコンフォトニクス受託製造の受益者。2025年のシリコンフォトニクス収益は前年比70%増となり、生産能力を3倍に拡大するために6億5千万ドルを投入中。株式市場の弾力性はすべての銘柄の中で最も高い。
Lightmatter / Ayar Labs 未上場 · IPO候補
Lightmatterは44億ドルの評価額で3Dフォトニックインターコネクトを展開し、Ayar LabsはAMD、Intel、NVIDIAの3社から投資を受け、光学I/Oチップレットを手がけている。両社はいずれも注目のIPO候補である。
シリコンフォトニクスの爆発的進展により、評価ロジックが変化する
例えば、以前ウォールストリートはタワーセミコンダクターの評価を通常のアナログ受託製造会社として行い、売上倍率は約2〜3倍でした。
しかし、シリコンフォトニクス事業が総収益の5％から30％～40％に成長すると、市場はAIインフラの希少資産として再評価を開始し、売上倍率は6～10倍に上昇すると見込まれる。
Lumentum、Coherentはかつて電信デバイスサプライヤーだったが、現在はAI接続に不可欠なコンポーネントプロバイダーとして再定義されている。BofAアナリストのVivek Aryaは、Marvellを通信チップメーカーではなくAIインフラプラットフォームとして評価するという論理に基づき、Marvellの目標株価を200ドルに引き上げた。
エバーコア・ISIは、シリコンフォトニクス製品が超大規模データセンターに広がるにつれ、CiscoのAIコア収益は今後3～4年で30億ドルから120～150億ドルに急増する可能性があると同様の見解を示しています。
シリコンフォトニクス産業の競争優位性
シリコンフォトニクス産業は、各プロセスが実際にAIの爆発的成長以前から長期間にわたり蓄積されてきたため、明確な勝者独占の特徴を示している。
InPレーザーでは、世界で高級EMLレーザーを量産できる企業は5社未満であり、生産能力の拡張サイクルは3～5年です。これは業界全体で最もボトルネックとなっている工程です。
TSMCのCOUPEプロセス。3D異種集積のプロセスバリアは、追いつこうとする企業が少なくとも2世代遅れ、数年の良率経験の蓄積が必要である。
OEMのPDKエコシステム。顧客があるOEMで設計を完了すると、切り替えコストが非常に高く、再設計と再認証に12～18か月かかります。
熱管理とパッケージング。CPOは数ミリメートルの空間内で電気、熱、光の3つの物理領域の結合を適切に管理しなければならず、数年のシステム統合経験がなければ実現できない。
AWSやGoogleなどの大手企業のサプライヤー認証プロセスは通常12～24か月かかります。認証が完了すると、顧客のロイヤルティが非常に高くなります。
リスクと冷静な考察
産業全体の成長は、マイクロソフト、グーグル、Meta、アマゾン、オラクルの5社の大規模クラウドベンダーの資本支出に大きく依存している。
技術路線には代替可能性があり、LPO（線形挿入可能光学）、CPO（共パッケージ光学）、OCS（光路スイッチング）、Optical I/O（光学入出力）があります。ある路線が他の路線に駆逐された場合、これまでに投入された資本は減価償却のリスクにさらされます。
LightCountingなどの研究機関は、本格的な大規模CPO導入は2028年以降にしか到来しないと判断しており、それまではLPOなどの過渡的ソリューションが中心となると見ています。
したがって、単一の企業が勝つことに賭けるよりも、産業全体が勝つことに賭ける方が安全です。