Penulis: Godot
Dua sektor paling popular dalam AI, penyimpanan dan cahaya. Sebelum ini telah menulis kerangka penyimpanan (Memahami kolam keuntungan dan struktur industri penyimpanan AI dalam satu artikel), kali ini tulis mengenai cahaya.
Fotonic silikon atau dikenal sebagai fotonic silikon (Silicon Photonics) digunakan untuk komunikasi antara cip komputasi, menggantikan wayar tembaga lama, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.
LPO (Linear Pluggable Optics), CPO (Co-Packaged Optics), OCS (Optical Circuit Switching), dan Optical I/O (Optical Input/Output) yang sering dilihat sehari-hari adalah jalur teknologi berbeza untuk mencapai silicon photonics.
Biasanya, cip menggunakan wayar tembaga untuk komunikasi. Cip fotonik silikon secara langsung mengintegrasikan laser yang menghasilkan cahaya, modulator yang "memodulasi" cahaya, dan pengesan yang "menerima" cahaya, ke atas cip silikon, menggunakan komunikasi foton.
Jadi, mengapa perlu menggantikan tembaga? Dan mengapa menggunakan fotonik silikon, bukan yang lain?
Pertama, wayar tembaga hampir mencapai had fizikal apabila menghantar isyarat lebih daripada 1.6T, dan isyarat menjadi tidak lengkap. Perlu dipertimbangkan untuk menukar bahan. Ini adalah perkara paling kritikal dan perlu dilakukan. Istilahnya ialah dinding bandwidth.
Kedua, tembaga adalah entiti fizikal yang nyata, dan apabila kumpulan GPU menjadi lebih besar, wayar tembaga benar-benar tidak ada ruang untuk diletakkan. Ini juga merupakan sebab utama mengapa kita perlu menggantikan tembaga. Cahaya berbeza; anda boleh menyolder antaramuka cahaya tepat di samping cip suis, mengurangkan keperluan penarikan wayar yang banyak. Istilahnya ialah dinding skala.
Lagi-lagi, tembaga terlalu banyak memakan tenaga, fotonik silikon dalam fasilitas berkuasa ratusan megawatt boleh menjimatkan beribu-ribu unit tenaga setiap hari, tenaga ini terbuang semasa komunikasi wayar tembaga. Selepas bertukar kepada cahaya, tenaga boleh dialihkan ke GPU untuk menjalankan pengiraan sebenar. Istilahnya ialah dinding kuasa.
Lebih menarik lagi, fotonik silikon boleh memanfaatkan proses pembuatan CMOS yang sudah matang dalam semikonduktor semasa, tanpa perlu membina pabrik baharu dari awal, membolehkan pengeluaran berskala besar dengan kos rendah.
Tentu, silikon fotonik juga mempunyai kelemahan, iaitu silikon itu sendiri tidak mampu memancarkan cahaya dengan cekap, dan perlu bergantung kepada bahan indium phosphide (InP). Ini menjadi titik paling kritikal dalam keseluruhan rantai industri.
Perkembangan teknologi silikon fotonik
Titik balik paling penting ialah Mac 2025, apabila NVIDIA mengumumkan switch foton Quantum-X dan Spectrum-X di konvensyen GTC, di mana Jensen Huang menyatakan bahawa sejak Rubin generasi seterusnya, "interkoneksi optik bukanlah pilihan, tetapi standard".
Satu minggu kemudian, NVIDIA mengumumkan pelaburan sejumlah 4 miliar dolar AS secara bersama kepada Coherent dan Lumentum untuk mengamankan rantai bekalan penting.
Kertas kerja mengenai kesan optoelektrik silikon diterbitkan pada 1980-an, dan Intel serta IBM menghasilkan modulator cahaya silikon antara 2004-2014.
Dalam dekad sebelum ini, penyedia awan berskala besar seperti AWS, Google, dan Meta telah mengaplikasikan fotonik silikon, tetapi pada masa itu ia hanya sebahagian daripada komunikasi serat optik.
Kedudukan industri semasa
1) Paling bawah: Pabrik wafer
Membuat cip foton. TSMC $TSM memimpin dengan proses COUPE, Tower Semiconductor $TSEM khusus dalam penggantian silikon foton, dengan pendapatan silikon foton meningkat 70% secara tahunan pada 2025. GlobalFoundries $GFS menjadi pabrik penggantian silikon foton eksklusif terbesar di dunia melalui akuisisi AMF Singapura.
2) Peringkat Kedua: Pembekal peranti utama
Tidak lebih daripada lima syarikat di seluruh dunia yang menyediakan laser, modulator, dan sebagainya, terutamanya laser fosfida indium (InP), yang mampu menghasilkan laser EML berkelajuan tinggi.
Lumentum $LITE adalah satu-satunya pembuat yang mampu memproduksi laser EML 200G/lane secara komersial, yang merupakan komponen utama modul cahaya 1.6T. NVIDIA telah mengikat pesanan hingga selepas 2027 untuk mengamankan kapasitinya.
3) Tahap ketiga: Modul dan kilang sistem
Merangkai komponen menjadi produk. Coherent memegang 25% pangsa pasaran global untuk transceiver optik. China InnoLight, Eoptolink, dan Accelink tidak boleh dianggap remeh dalam hal skala pengeluaran dan daya saing kos.
4) Paling atas: Pengintegrasian Sistem
NVIDIA, Cisco, Broadcom, Marvell semuanya berada di lapisan ini.
Secara keseluruhan,
NVIDIA$NVDA
Menguasai pasaran, menentukan standard penghubungan yang digunakan oleh pusat data AI, kemudian mengunci rantaian bekalan melalui pelaburan strategik.
Broadcom$AVGO
Penguasa mutlak chip pertukaran rangkaian, dengan pangsa pasaran suis Ethernet hampir 80%. Tomahawk 6-Davisson ialah suis CPO 102.4 Tbps pertama di dunia.
Marvell$MRVL
Pemangsa paling kuat Broadcom, menguasai pasaran DSP optik PAM4 dengan pangsa 60-70%. Baru-baru ini mengakuisisi Celestial AI untuk memasuki bidang interkoneksi optik chip-ke-chip.
Lumentum$LITE
Pembekal utama laser EML. Satu-satunya pembekal di dunia yang boleh menghasilkan EML 200G/lane secara komersial, NVIDIA telah mengunci pesanan hingga selepas 2027.
Coherent$COHR
Pengintegrasian keseluruhan rantai industri, dengan kehadiran dalam bahan, laser, dan modul. Pendapatan FY2025 sebanyak 5.8 bilion dolar AS, merupakan pengeluar dengan pangsa pasaran terbesar dalam transceiver optik.
台积电$TSM
Pembuat standard proses. Proses silikon fotonik 65nm telah dihasilkan secara besar-besaran, platform COUPE adalah penyelesaian integrasi heterogen 3D paling canggih semasa ini, dan laluan CPO NVIDIA secara mendalam terikat dengannya.
Tower Semiconductor$TSEM
Penerima faedah paling tulen daripada pengeluaran silikon fotonik. Pendapatan silikon fotonik meningkat 70% secara tahunan pada 2025, dan sedang menginvestasikan $650 juta untuk memperluaskan kapasiti sebanyak tiga kali ganda. Elastisiti pasaran nilai adalah yang paling kuat di antara semua pelaburan.
Lightmatter / Ayar Labs belum disenaraikan · Calon IPO
Lightmatter dinilai pada 4.4 bilion dolar AS, mengembangkan interkoneksi fotonik 3D; Ayar Labs menerima pelaburan daripada AMD, Intel, dan NVIDIA secara serentak, mengembangkan chiplet I/O optik. Kedua-duanya merupakan calon IPO potensial yang besar.
Pengeksploitasian cahaya silikon membawa perubahan logik penilaian
Sebagai contoh, sebelum ini Wall Street menilai Tower Semiconductor sebagai pabrik simulasi biasa, dengan nisbah harga-ke-penjualan sekitar 2-3 kali.
Namun, apabila bisnis silikon fotonik meningkat dari 5% kepada 30%-40% daripada jumlah pendapatan keseluruhan, pasaran mula menilai semula sebagai aset langka infrastruktur AI, dengan nisbah harga-ke-pendapatan dijangka meningkat kepada 6-10 kali.
Lumentum dan Coherent sebelum ini merupakan pembekal peranti telekomunikasi, kini didefinisikan semula sebagai pembekal komponen penting untuk konektiviti AI. Analis BofA Vivek Arya menaikkan harga sasaran Marvell kepada US$200, dengan logik bahawa Marvell dinilai sebagai platform infrastruktur AI, bukan sebagai pengilang cip komunikasi.
Evercore ISI juga memiliki penilaian serupa terhadap Cisco, di mana dengan masuknya produk silikon fotonik ke dalam pusat data berskala besar, pendapatan inti AI Cisco berpotensi meledak dari 3 miliar dolar AS menjadi 12-15 miliar dolar AS dalam 3-4 tahun ke depan.
Parit pertahanan industri silikon fotonik
Industri fotonik silikon menunjukkan ciri pemenang mengambil semuanya, kerana setiap proses sebenarnya telah melalui pengendalian jangka panjang sebelum ledakan AI.
Penghala laser InP, kurang dari lima syarikat di seluruh dunia mampu menghasilkan laser EML peringkat tinggi secara komersial, dengan tempoh pengembangan kapasiti 3-5 tahun. Ini adalah bahagian paling menghalang dalam keseluruhan rantaian industri.
Proses COUPE daripada TSMC. Rintangan proses integrasi heterogen 3D, pesaing sekurang-kurangnya tertinggal dua generasi, memerlukan pengalaman bertahun-tahun dalam pengumpulan keberkesanan.
Ekosistem pabrik kontrak PDK. Sekali pelanggan melakukan reka bentuk di pabrik kontrak tertentu, kos peralihan sangat tinggi, memerlukan 12-18 bulan untuk reka bentuk semula dan sijil semula.
Pengurusan haba dan pembungkusan. CPO perlu menguruskan penggabungan tiga domain fizikal—elektrik, haba, dan cahaya—dalam ruang beberapa milimeter sahaja; tiada yang mampu melakukannya tanpa pengalaman integrasi sistem bertahun-tahun.
Proses sijil penyedia raksasa seperti AWS dan Google biasanya memerlukan 12-24 bulan. Selepas sijil selesai, kekentalan pelanggan sangat tinggi.
Risiko dan pemikiran sejuk
Pertumbuhan keseluruhan rangkaian industri sangat bergantung kepada perbelanjaan modal lima pembekal awan berskala besar: Microsoft, Google, Meta, Amazon, dan Oracle.
Jalan teknikal mempunyai alternatif, seperti LPO (Linear Pluggable Optics), CPO (Co-packaged Optics), OCS (Optical Circuit Switching), dan Optical I/O (Optical Input/Output). Jika satu jalan tertentu digantikan oleh yang lain, modal yang telah ditanamkan sebelum ini mungkin mengalami penyusutan nilai.
Institut penyelidikan seperti LightCounting menilai bahawa pelaksanaan CPO dalam skala besar sebenarnya akan berlaku selepas tahun 2028, dan sebelum itu, lebih banyak penyelesaian peralihan seperti LPO akan digunakan.
Jadi, menaruh tumpuan pada industri yang menang lebih selamat berbanding menaruh tumpuan pada satu syarikat yang menang.