Автор: Годо
Дві найпопулярніші галузі ШІ — зберігання та оптика. Раніше я писав про фреймворк зберігання (Одна стаття, щоб зрозуміти ланцюжок прибутку та промислову структуру зберігання ШІ), а тепер напишу про оптику.
Сіліконова фотоніка (Silicon Photonics) використовується для зв’язку між чіпами обчислювальних потужностей, замінюючи традиційні мідні проводи, як це наочно показано на малюнку нижче.
Звичайні користувачі, які зустрічають ці терміни, можуть відчути непорозуміння: LPO (лінійна вставна оптика), CPO (спільно упакована оптика), OCS (оптичний комутаційний шлях) та Optical I/O (оптичний вхід/вихід) — це різні технологічні напрямки реалізації фотоніки на кремнії.
Зазвичай чіпи використовують мідні проводи для зв’язку. Кремнієві фотонні чіпи інтегрують лазер, що генерує світло, модулятор, що «модулює» світло, і детектор, що «приймає» світло, безпосередньо на кремнієвій пластині, використовуючи фотонний зв’язок.
Отже, чому замінювати мідь? І чому саме фотоніка на основі кремнію, а не щось інше?
Спочатку мідні провідники майже досягають фізичних меж при передачі сигналів понад 1,6 Т, і сигнал починає втрачати цілісність. Необхідно розглянути заміну матеріалу. Це найважливіше і необхідне. Це називається стіною пропускної здатності.
Друге, мідь — це реальний фізичний матеріал, і коли кластери GPU збільшуються, мідні проводи просто не мають місця. Це й є причина, чому мідь доводиться замінювати. З іншого боку, світло дозволяє прямо припаяти оптичні інтерфейси біля чіпа комутатора, що економить величезну кількість кабелів. Це називається стіною масштабування.
Знову ж таки, мідь споживає надто багато електроенергії; у об’єктах потужністю у сотні мегаватт фотоніка на основі кремнію дозволяє економити десятки тисяч кіловат-годин щодня — саме стільки електроенергії витрачається на передачу даних через мідні проводи. Після переходу на оптичні з’єднання цю енергію можна перенаправити на GPU для справжніх обчислень. Це називається межею споживання енергії.
Цікавіше те, що силіконова фотоніка може використовувати зрілі CMOS-виробничі процеси напівпровідників, не вимагаючи будівництва нового заводу з нуля, що забезпечує низькі витрати та масове виробництво.
Звичайно, кремнієва фотоніка має один недолік: сам кремній не може ефективно випромінювати світло, тому потрібно використовувати матеріал на основі фосфіду індію (InP). Це стає найважливішим обмеженням у всьому ланцюжку поставок.
Розвиток силіконової оптичної технології
Найважливішим переломним моментом є березень 2025 року, коли NVIDIA на конференції GTC представила фотонні комутатори Quantum-X та Spectrum-X, а Хуан Ренсюнь оголосив, що з наступного покоління Rubin «оптична взаємодія — це не додаткова опція, а стандарт».
Через тиждень NVIDIA оголосила про інвестиції у розмірі 4 млрд доларів США в Coherent і Lumentum для забезпечення ключового ланцюга поставок.
Папер про кремнієвий фотоефект було опубліковано у 1980-х роках, а в 2004–2014 роках Intel та IBM виробили кремнієві оптичні модулятори.
У попередньому десятилітті такі гіганти хмарних сервісів, як AWS, Google та Meta, застосовували фотоніку на основі кремнію, але тоді це була лише частина оптичних комунікацій.
Поточна промислова структура
1) Найнижчий рівень: виробники напівпровідникових чипів
Виробництво фотонних чіпів. TSMC $TSM лідує завдяки технології COUPE, Tower Semiconductor $TSEM спеціалізується на силіконовій фотоніці під замовлення, а в 2025 році дохід від силіконової фотоніки зросте на 70% порівняно з попереднім роком. GlobalFoundries $GFS став найбільшим у світі спеціалізованим виробником силіконової фотоніки після придбання AMF у Сингапурі.
2) Другий рівень: постачальники ключових компонентів
Лісери, модулятори та інше, зокрема лазери на основі фосфіду індію (InP), які здатні виробляти високoshвидісні EML-лазери, виробляються менше ніж п’ятьма компаніями світу.
Lumentum $LITE — єдиний виробник, який може масово виробляти EML-лазери зі швидкістю 200 Гб/с, що є ключовим компонентом оптичних модулів 1,6 Тб. NVIDIA вже забронювала їхній виробничий потенціал до 2027 року та далі.
3) Третій рівень: модулі та системні заводи
Збірка деталей у готовий продукт. Coherent займає 25% світового ринку оптичних трансиверів. Китайські компанії InnoLight, Eoptolink та Accelink є серйозними гравцями щодо масштабу виробництва та витратної конкурентоспроможності.
4) Найвищий рівень: інтегратор систем
NVIDIA, Cisco, Broadcom, Marvell знаходяться на цьому рівні.
Загалом,
NVIDIA$NVDA
Займати домінуючу позицію, визначати, які стандарти зв’язку будуть використовуватися в AI-центрах обробки даних, а потім забезпечити контроль над ланцюжком поставок за допомогою стратегічних інвестицій.
Broadcom$AVGO
Абсолютний лідер на ринку мережевих комутаційних чіпів, частка ринку комутаторів Ethernet становить майже 80%. Tomahawk 6-Davisson — перший у світі комутатор CPO з пропускною здатністю 102,4 Тбпс.
Marvell$MRVL
Найсильніший конкурент Broadcom, який домінує на ринку PAM4 оптичних DSP з часткою 60–70%. Недавно придбав Celestial AI для входу на ринок оптичного з’єднання між чіпами.
Lumentum$LITE
Найважливіший постачальник EML-лазерів. Єдина компанія у світі, яка масово виробляє EML зі швидкістю 200 Гбіт/сек, NVIDIA забронювала замовлення до 2027 року та далі.
Coherent$COHR
Інтегратор повного виробничого ланцюга, з присутністю у сегментах матеріалів, лазерів та модулів. Дохід за FY2025 — 5,8 млрд доларів США, лідер ринку з часткою у сегменті оптичних трансиверів.
台积电$TSM
Виробник технологічних стандартів. Технологія кремнієвої оптики 65 нм вже в масовому виробництві, платформа COUPE — найсучасніше рішення для 3D гетерогенного інтегрування, а маршрут CPO від NVIDIA тісно пов’язаний з нею.
Tower Semiconductor$TSEM
Найбільший вигодоносець від чистого фотонічного виробництва. Дохід від фотоніки у 2025 році зросте на 70% щорічно, і компанія інвестує 650 мільйонів доларів США, щоб збільшити потужності втричі. Ринкова капіталізація має найвищу еластичність серед усіх активів.
Lightmatter / Ayar Labs не вже на біржі · Кандидат на IPO
Lightmatter оцінюється в 4,4 млрд доларів США і розробляє 3D-фотонні з’єднання; Ayar Labs отримала інвестиції від AMD, Intel та NVIDIA і працює над оптичними I/O чіпітами. Обидві компанії є потенційними кандидатами на масштабне IPO.
Вибух у сфері силіконової фотоніки змінює логіку оцінки
Наприклад, раніше Уолл-стріт оцінювала Tower Semiconductor як звичайний аналоговий фабричний підприємство, з коефіцієнтом ціна/оборот приблизно 2–3 рази.
Але коли бізнес з кремнієвого оптоелектроніки зросте з 5% до 30–40% від загального доходу, ринок почне переоцінювати його як рідкісний актив інфраструктури ШІ, і коефіцієнт ціна/продажі може зростти до 6–10 разів.
Lumentum та Coherent раніше були постачальниками телекомунікаційних пристроїв, а зараз їх перезадано як постачальників незамінних компонентів для AI-зв’язку. Аналітик BofA Vivek Arya підвищив цільову ціну Marvell до 200 доларів США, оскільки оцінює Marvell як платформу AI-інфраструктури, а не як виробника комунікаційних чіпів.
Подібний висновок робить Evercore ISI: зі зростанням впровадження продуктів на основі фотоніки кремнію в супермасштабних центрах обробки даних, дохід Cisco від AI протягом наступних 3–4 років може зросту з 3 млрд доларів США до 12–15 млрд доларів США.
Бар’єр для входу в індустрію силіконової фотоніки
Індустрія силіконової фотоніки має виражений ефект «переможець отримує все», оскільки кожен технологічний процес насправді проходив довгий період накопичення до вибуху штучного інтелекту.
ІнП лазери: на весь світ менше п’яти компаній можуть масово виробляти високоякісні EML-лазери, а період розширення виробничих потужностей становить 3–5 років. Це найбільш критичний етап усього ланцюжка поставок.
Процес COUPE від TSMC. Бар’єри процесу 3D гетерогенної інтеграції — відсторонені учасники принаймні на два покоління, необхідний багаторічний досвід підвищення виходу добрих виробів.
Екосистема контрактного виробника PDK. Після того як клієнт зробив дизайн у певному контрактному виробнику, витрати на перехід дуже високі — повторне проектування та повторна сертифікація займають 12–18 місяців.
Термальне керування та упаковка. CPO повинен управляти взаємодією трьох фізичних доменів — електрики, тепла та світла — у просторі кілька міліметрів, і це неможливо зробити без років досвіду системної інтеграції.
Процес сертифікації постачальників таких гігантів, як AWS та Google, зазвичай триває 12–24 місяці. Після завершення сертифікації лояльність клієнтів дуже висока.
Ризики та холодне мислення
Зростання всього ланцюга поставок високо залежить від капітальних витрат п’яти надвеликих хмарних провайдерів: Microsoft, Google, Meta, Amazon та Oracle.
Технологічні шляхи взаємозамінні: LPO (лінійна вставна оптика), CPO (спільно упакована оптика), OCS (оптичний комутаційний шлях), Optical I/O (оптичний ввід-вивід); якщо один шлях буде витіснений іншим, капітал, вкладений у попередній, може зазнати знецінення.
Дослідницькі установи, такі як LightCounting, вважають, що справжній масштабний розгортання CPO настане лише після 2028 року, а до цього часу основну роль відіграватимуть перехідні рішення, такі як LPO.
Тож ставити на перемогу галузі безпечніше, ніж ставити на перемогу окремої компанії.