Автор: Годо
Два самых популярных сегмента ИИ — хранение и свет. Ранее я писал о框架 хранения (Полное руководство по прибыльным пузырям и отраслевой структуре хранения ИИ), теперь напишу о свете.
Кремниевая фотоника, или просто кремниевая оптика (Silicon Photonics), используется для связи между чипами вычислительных мощностей, заменяя традиционные медные провода, как наглядно показано на рисунке ниже.
LPO (линейная съемная оптика), CPO (совместно упакованная оптика), OCS (оптический коммутационный путь) и Optical I/O (оптический ввод-вывод), которые часто вызывают путаницу, — это различные технологические подходы к реализации фотоники на кремнии.
Обычно чипы используют медные провода для связи. Кремниевый фотонный чип интегрирует лазер, генерирующий свет, модулятор, который «модулирует» свет, и детектор, который «принимает» свет, непосредственно на кремниевую подложку, используя фотонную связь.
Так почему же заменять медь? И почему использовать кремниевую фотонику, а не что-то другое?
Сначала медные провода почти достигают физического предела при передаче сигналов выше 1,6 Т, и сигналы начинают искажаться. Необходимо рассмотреть возможность смены материала. Это самое критичное и неизбежное действие. Термин — «стена пропускной способности».
Во-вторых, медь — это реальный физический материал, и когда кластеры GPU становятся больше, медные провода просто некуда девать. Именно поэтому приходится отказываться от меди. Свет же позволяет напрямую припаять оптические интерфейсы к чипу коммутатора, значительно сократив количество проводки. Это называется «стена масштабирования».
Опять же, медь потребляет слишком много электроэнергии; в объектах мощностью в сотни мегаватт фотоника на основе кремния позволяет экономить десятки тысяч киловатт-часов в день — именно столько электроэнергии расходуется при медной передаче данных. После перехода на оптику эту энергию можно перенаправить на GPU для выполнения настоящих вычислений. Это называется энергетическим барьером.
Более того, кремниевая фотоника может использовать уже зрелые CMOS-технологии полупроводникового производства, не требуя строительства нового завода, что обеспечивает низкую стоимость и масштабируемость.
Конечно, у кремниевой фотоники есть один недостаток: сам кремний не может эффективно излучать свет, поэтому необходимо использовать материал на основе фосфида индия (InP). Это стало самым критичным узким местом всей цепочки поставок.
Эволюция кремниевой фотоники
Самым важным переломным моментом является март 2025 года, когда NVIDIA представила на конференции GTC фотонные коммутаторы Quantum-X и Spectrum-X, а Хуан Ренсюнь объявил, что с следующего поколения Rubin оптическая интерконнекция будет не опцией, а стандартом.
Через неделю NVIDIA объявила о инвестициях в размере 4 миллиардов долларов США в Coherent и Lumentum для обеспечения ключевых цепочек поставок.
Публикация по фотонному эффекту на кремниевой основе была опубликована в 1980-х годах, а в 2004–2014 годах Intel и IBM произвели кремниевые оптические модуляторы.
В прошлом десятилетии такие гиганты облачных сервисов, как AWS, Google и Meta, применяли кремниевую фотонику, но тогда она была лишь частью оптоволоконной связи.
Текущая отраслевая структура
1) Самый низкий уровень: полупроводниковые фабрики по контрактному производству
Производство фотонных чипов. TSMC с процессом COUPE лидирует, Tower Semiconductor $TSEM специализируется на фотонных услугах по контракту, доход от фотоники в 2025 году вырос на 70% в годовом исчислении. GlobalFoundries $GFS стала крупнейшим в мире специализированным производителем фотонных чипов после приобретения AMF в Сингапуре.
2) Второй уровень: поставщики ключевых компонентов
Менее пяти компаний в мире предоставляют лазеры, модуляторы и другие компоненты, в основном лазеры на основе фосфида индия (InP), способные производить высокоскоростные EML-лазеры.
Lumentum $LITE — единственный производитель, способный серийно выпускать EML-лазеры с производительностью 200 Гбит/с на канал, которые являются ключевым компонентом оптических модулей 1,6 Тбит/с. NVIDIA уже заключила заказы на его产能 до 2027 года и далее.
3) Третий уровень: модули и производители систем
Соберите детали в продукт. Coherent занимает 25% мирового рынка оптических трансиверов. Китайские компании InnoLight, Eoptolink и Accelink не менее значимы с точки зрения масштабов производства и стоимости.
4) Наивысший уровень: системный интегратор
NVIDIA, Cisco, Broadcom, Marvell находятся на этом уровне.
В целом,
NVIDIA$NVDA
Захват доминирующей позиции, определение стандартов соединения для центров обработки данных на базе ИИ, а затем блокировка цепочки поставок через стратегические инвестиции.
Broadcom$AVGO
Абсолютный лидер на рынке сетевых коммутационных чипов, доля на рынке Ethernet-коммутаторов приближается к 80%. Tomahawk 6-Davisson — первый в мире CPO-коммутатор с пропускной способностью 102,4 Тбит/с.
Marvell$MRVL
Самый сильный конкурент Broadcom, доминирующий на рынке PAM4 оптических DSP с долей 60–70%. Недавно приобрел Celestial AI для выхода на рынок оптических межчиповых соединений.
Lumentum$LITE
Ключевой поставщик EML-лазеров. Единственный в мире производитель, способный серийно выпускать EML с энергией 200 Гбит/с на канал, NVIDIA уже забронировала заказы до 2027 года и далее.
Coherent$COHR
Интегратор всей цепочки создания стоимости, охватывающий материалы, лазеры и модули. Выручка за FY2025 составила 5,8 млрд долларов США, компания занимает первое место по доле рынка оптических трансиверов.
台积电$TSM
Производитель технологических стандартов. Технология кремниевой фотоники 65 нм уже серийно производится; платформа COUPE — это наиболее передовое решение для 3D-гетерогенной интеграции, и она тесно связана с подходом NVIDIA к CPO.
Tower Semiconductor$TSEM
Самый чистый受益итель производства на кремниевой фотонике. Доходы от кремниевой фотоники в 2025 году выросли на 70% по сравнению с предыдущим годом, и компания инвестирует 650 миллионов долларов США, чтобы увеличить производственные мощности в три раза. Эластичность рыночной капитализации самая высокая среди всех активов.
Lightmatter / Ayar Labs не котируются · Кандидаты на IPO
Lightmatter оценена в 4,4 млрд долларов США и занимается 3D-фотонной интерконнекцией; Ayar Labs одновременно получила инвестиции от AMD, Intel и NVIDIA и занимается оптическими I/O-чиплетами. Обе компании являются потенциальными кандидатами на крупные IPO.
Взрыв в области кремниевой фотоники меняет логику оценки
Например, ранее Уолл-стрит оценивала Tower Semiconductor как обычный аналоговый контрактный производитель, с соотношением цена/выручка около 2–3 раз.
Однако, когда бизнес по фотонике на кремнии вырос с 5% до 30–40% от общей выручки, рынок начал переоценивать его как дефицитный актив в сфере инфраструктуры ИИ, и коэффициент цена/выручка может вырасти до 6–10 раз.
Lumentum и Coherent ранее были поставщиками телекоммуникационных компонентов, теперь они переопределяются как поставщики незаменимых компонентов для AI-соединений. Аналитик BofA Вивек Аря повысил целевую цену на Marvell до 200 долларов, основываясь на оценке Marvell как платформы AI-инфраструктуры, а не как производителя коммуникационных чипов.
Evercore ISI также придерживается аналогичной оценки Cisco: по мере углубления внедрения продуктов на основе фотоники кремния в супермасштабные центры обработки данных, доход Cisco от ИИ в ближайшие 3–4 года может вырасти с 3 млрд долларов до 12–15 млрд долларов.
Барьеры для входа в отрасль фотоники на кремниевой основе
Отрасль кремниевой фотоники демонстрирует явные признаки «победитель забирает всё», поскольку каждая технология на самом деле прошла длительный период накопления до взрыва ИИ.
ИнП лазеры: менее пяти компаний в мире способны массово производить высококачественные EML-лазеры, а цикл расширения мощностей составляет 3–5 лет. Это самый узкий участок всей цепочки поставок.
Процесс COUPE от TSMC. Барьеры процесса 3D гетерогенной интеграции делают последователей как минимум на два поколения отстающими, требуя многих лет опыта в повышении выхода годных изделий.
Экосистема контрактного производителя PDK. После того как клиент осуществил проектирование у одного из контрактных производителей, стоимость переключения чрезвычайно высока: повторное проектирование и повторная сертификация займут 12–18 месяцев.
Тепловое управление и упаковка. CPO необходимо одновременно управлять взаимодействием электрической, тепловой и оптической областей в пространстве всего в несколько миллиметров — это невозможно без нескольких лет опыта в системной интеграции.
Процесс сертификации поставщиков для таких гигантов, как AWS и Google, обычно занимает 12–24 месяца. После завершения сертификации лояльность клиентов чрезвычайно высока.
Риски и холодное мышление
Рост всей цепочки создания стоимости в значительной степени зависит от капитальных затрат пяти крупнейших облачных провайдеров: Microsoft, Google, Meta, Amazon и Oracle.
Технологические пути взаимозаменяемы: LPO (линейная сменная оптика), CPO (совместно упакованная оптика), OCS (оптический коммутационный путь), Optical I/O (оптический ввод-вывод); если один путь будет вытеснен другим, ранее вложенный капитал может подвергнуться обесцениванию.
Исследовательские институты, такие как LightCounting, считают, что настоящий масштабный развертывание CPO произойдет только после 2028 года, а до этого времени основную нагрузку будут нести переходные решения, такие как LPO.
Таким образом, ставить на победу отрасли безопаснее, чем ставить на победу отдельной компании.