Autor: Gódo
Os dois setores mais populares de IA: armazenamento e luz. Anteriormente, escrevi sobre o framework de armazenamento (Guia completo sobre os pools de lucro e o cenário industrial do armazenamento de IA); agora, escreverei sobre a luz.
A fotônica de silício, também chamada de silício fotonico (Silicon Photonics), é usada para comunicação entre chips de processamento, substituindo os fios de cobre originais, como mostrado na imagem abaixo.
LPO (óptica linearmente plugável), CPO (óptica co-empacotada), OCS (comutação óptica) e Optical I/O (entrada/saída óptica) são diferentes abordagens tecnológicas para implementar fotônica em silício.
Normalmente, os chips usam fios de cobre para comunicação. Os chips de fotônica de silício integram diretamente no substrate de silício o laser que gera luz, o modulador que "modula" a luz e o detector que "recebe" a luz, utilizando comunicação por fótons.
Então, por que substituir o cobre? E por que usar fotônica de silício, e não outra coisa?
Primeiro, os fios de cobre atingem quase seu limite físico ao transmitir sinais acima de 1,6 T, e os sinais começam a se tornar incompletos. É necessário considerar a troca de material. Isso é o mais crítico e é algo que precisa ser feito. O termo técnico é parede de largura de banda.
Em segundo lugar, o cobre é um corpo físico real, e quando os clusters de GPU aumentam, simplesmente não há mais espaço para os fios de cobre. Essa é a razão pela qual é inevitável substituir o cobre. A luz, por outro lado, permite soldar os conectores ópticos diretamente ao lado do chip do switch, economizando uma grande quantidade de fiação. Esse termo é chamado de parede de escala.
Novamente, o cobre consome muita energia; na fotônica de silício, em instalações de centenas de megawatts, é possível economizar dezenas de milhares de quilowatts-hora por dia, energia que era consumida na comunicação por fios de cobre. Ao substituir por luz, essa energia pode ser redirecionada para GPUs realizarem cálculos reais. O termo técnico é parede de consumo de energia.
Mais interessante ainda, a fotônica de silício pode aproveitar os processos de fabricação CMOS maduros já existentes na indústria de semicondutores, sem a necessidade de construir uma nova fábrica do zero, permitindo produção em larga escala com baixo custo.
Of course, silicon photonics also has a drawback: silicon itself cannot emit light efficiently and relies on indium phosphide (InP) material. This has become the most critical bottleneck in the entire industrial chain.
Evolução da tecnologia de silício fotônico
O marco mais importante é março de 2025, quando a NVIDIA lançará os switches fotônicos Quantum-X e Spectrum-X na conferência GTC, e Huang Renxun anunciou que, a partir da próxima geração Rubin, "a interconexão óptica não é uma opção, mas um padrão".
Uma semana depois, a NVIDIA anunciou um investimento conjunto de US$ 4 bilhões na Coherent e na Lumentum para garantir a cadeia de suprimentos crítica.
O efeito fotônico de silício foi publicado na década de 1980, e entre 2004 e 2014, a Intel e a IBM fabricaram moduladores ópticos de silício.
Na última década, provedores de nuvem de grande porte como AWS, Google e Meta aplicaram fotônica de silício, mas na época era apenas uma parte da comunicação por fibra óptica.
Cenário industrial atual
1) Camada mais básica: fábricas de wafers
Fabricação de chips fotônicos. A TSMC $TSM lidera com o processo COUPE, a Tower Semiconductor $TSEM especializa-se em fabricação sob encomenda de fotônica em silício, com crescimento de 70% na receita de fotônica em silício em 2025 em comparação com o ano anterior. A GlobalFoundries $GFS tornou-se a maior fábrica dedicada de fotônica em silício do mundo por meio da aquisição da AMF, em Cingapura.
2) Segundo nível: fornecedores de componentes principais
Menos de cinco empresas no mundo fornecem lasers, moduladores, etc., principalmente lasers de fosfeto de índio (InP), capazes de fabricar lasers EML de alta velocidade.
Lumentum $LITE é a única fabricante capaz de produzir em massa lasers EML de 200G/lane, que são componentes centrais dos módulos ópticos de 1.6T. A NVIDIA já garantiu sua capacidade de produção até após 2027.
3) Terceiro nível: módulos e fabricantes de sistemas
Monte as peças para formar o produto. A Coherent detém 25% do mercado global de transceptores ópticos. A chinesa InnoLight, a Eoptolink e a Accelink são forças significativas em termos de escala de fabricação e competitividade de custos.
4) Nível superior: integrador de sistemas
NVIDIA, Cisco, Broadcom e Marvell estão nesse nível.
Em geral,
NVIDIA$NVDA
Estabelecer a posição dominante, decidir quais padrões de interconexão serão adotados pelos data centers de IA e garantir a cadeia de suprimentos por meio de investimentos estratégicos.
Broadcom$AVGO
O absoluto dominador dos chips de comutação de rede, com participação de mercado de switches Ethernet próximo a 80%. O Tomahawk 6-Davisson é o primeiro switch CPO de 102,4 Tbps do mundo.
Marvell$MRVL
O principal desafiador da Broadcom, dominando o mercado de DSP óptico PAM4 com 60-70% de participação. Recentemente adquiriu a Celestial AI para entrar no campo de interconexão óptica chip a chip.
Lumentum$LITE
Fornecedor-chave de lasers EML. Único fabricante global capaz de produzir em massa EML de 200G/lane; a NVIDIA já garantiu pedidos até após 2027.
Coherent$COHR
Integrador de toda a cadeia produtiva, com presença em materiais, lasers e módulos. Receita de US$ 5,8 bilhões em FY2025, sendo o maior fornecedor de transceptores ópticos em participação de mercado.
TSMC$TSM
Fabricante de padrões de fabricação. O processo de silício fotônico de 65nm já está em produção em massa; a plataforma COUPE é a solução mais avançada atual de integração heterogênea 3D, com forte vinculação à rota CPO da NVIDIA.
Tower Semiconductor$TSEM
Beneficiário mais puro da fabricação de fotônica de silício. A receita de fotônica de silício cresceu 70% ano a ano em 2025, com investimentos de US$ 650 milhões para triplicar a capacidade. A elasticidade de mercado é a mais forte entre todos os ativos.
Lightmatter / Ayar Labs não listados · Candidatos a IPO
Lightmatter avaliada em US$ 4,4 bilhões, desenvolvendo interconexões fotônicas 3D; Ayar Labs recebeu investimentos simultâneos da AMD, Intel e NVIDIA, focando em chiplets de I/O óptico. Ambas são candidatas potenciais a IPOs de grande impacto.
A explosão da fotônica de silício altera a lógica de avaliação
Por exemplo, anteriormente, a Wall Street avaliava a Tower Semiconductor como uma fábrica de contratos analógicos comuns, com uma razão preço/vendas de cerca de 2 a 3 vezes.
Mas quando o negócio de fotônica de silício passar de 5% para 30%-40% da receita total, o mercado começará a reavaliá-lo como um ativo escasso de infraestrutura de IA, com potencial de elevação da relação preço/vendas para 6 a 10 vezes.
Lumentum e Coherent, anteriormente fornecedores de dispositivos de telecomunicações, agora são redefinidos como provedores essenciais de componentes para a interconexão de IA. O analista do BofA, Vivek Arya, elevou o preço-alvo da Marvell para 200 dólares, baseando-se na avaliação da Marvell como uma plataforma de infraestrutura de IA, e não como uma fabricante de chips de comunicação.
A avaliação da Evercore ISI sobre a Cisco é semelhante: à medida que os produtos de fotônica em silício se aprofundam nos data centers de grande escala, a receita principal da Cisco com IA pode crescer de US$ 3 bilhões para US$ 12-15 bilhões nos próximos 3 a 4 anos.
A vantagem competitiva da indústria de fotônica de silício
A indústria da fotônica de silício apresenta características claras de vencedor leva tudo, pois cada processo foi submetido a um longo período de amadurecimento antes da explosão da IA.
Fabricantes de lasers InP: menos de cinco empresas no mundo conseguem produzir em massa lasers EML de alto desempenho, com ciclos de expansão de capacidade de 3 a 5 anos. Este é o elo mais crítico de toda a cadeia de suprimentos.
O processo COUPE da TSMC. Barreiras tecnológicas no processo de integração heterogênea 3D; os concorrentes estão pelo menos duas gerações atrasados e precisam de anos de experiência em taxa de rendimento.
Ecosistema de fábricas de contratos. Uma vez que um cliente realiza um design em uma fábrica de contratos, o custo de mudança é extremamente alto, exigindo 12 a 18 meses para redesign e nova certificação.
Gerenciamento térmico e encapsulamento. O CPO precisa gerenciar a acoplamento dos três domínios físicos — elétrico, térmico e óptico — em um espaço de alguns milímetros; isso não é possível sem anos de experiência em integração de sistemas.
O processo de certificação de fornecedores de grandes empresas como AWS e Google geralmente leva de 12 a 24 meses. Uma vez concluída a certificação, a fidelização do cliente é muito alta.
Risco e reflexão fria
O crescimento de toda a cadeia de valor depende fortemente dos gastos de capital das cinco grandes provedoras de nuvem: Microsoft, Google, Meta, Amazon e Oracle.
Existem alternativas na rota tecnológica, como LPO (óptica linear plugável), CPO (óptica co-empacotada), OCS (comutação de caminho óptico) e Optical I/O (entrada/saída óptica); se uma rota for substituída por outra, o capital investido anteriormente pode sofrer depreciação.
Instituições de pesquisa como LightCounting avaliam que o verdadeiro grande deploy de CPO só ocorrerá após 2028, e antes disso, soluções de transição como LPO estarão em maior volume.
Portanto, apostar na indústria vencer é mais seguro do que apostar em uma única empresa vencer.