受人工智能數據中心需求推動的全球光學晶片擴張

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AI summary icon精華摘要

不得不說,光晶片的需求太旺盛了。

最近幾天,全球光晶片產業鏈密集出現一系列擴產、長協、投資和供應鏈绑定動作:Coherent 在德克薩斯州 Sherman 擴建 6 英寸 InP 化合物半導體產線;Nokia 在美國賓夕法尼亞州 Allentown 擴建光子晶片先進測試與封裝產能;日本 JX Advanced Metals 計劃投入最高 1200 億日元,將 InP 衬底產能提升至 7—10 倍;IQE 與 Tower Semiconductor 簽訂多年 InP 外延片供應協議;國內東山精密旗下索爾思光電也宣布在常州布局光晶片及高速光模組擴建項目,總投資額達 12 億美元。

一場圍繞 AI 數據中心光互連能力的產能競賽已然打响。

全球光晶片企業擴產大圖景

首先來看美國的擴產動作。

6 月 16 日,Coherent 宣布已簽署意向書,將根據《晶片與科學法案》從美國商務部獲得高達 5000 萬美元的直接資金,用於擴建其位於德克薩斯州謝爾曼的世界領先 6 英寸磷化銦(InP)半導體製造工廠。公告次日,Coherent 即在德克薩斯州謝爾曼(Sherman)工廠舉行了擴建破土動工儀式。Coherent 強調該基地擁有全球首個、也是目前規模最大的 6 英寸 InP 製造平台。擴建完成後,該廠的製造空間將翻倍,而晶圓生產能力將提升至 4 倍。

值得注意的是,NVIDIA 創辦人兼 CEO 黃仁勳親自出席了 Coherent 的這一儀式,並與 Coherent 新任 CEO Jim Anderson 同台。NVIDIA 此前已宣布向 Coherent 戰略投資 20 億美元,用於鎖定其最先進激光器、光引擎和光模組的未來產能。黃仁勳在現場發表講話:「AI 跑在算力上,但規模化卡在連接上,而謝爾曼工廠就是建造這些『連接神經組織』的地方。」

光晶片

圖片來源:techpowerup

Nvidia 已經透過資本將「光」納入 AI 基建供應鏈。早在今年 3 月,Nvidia 分別宣布向 Coherent 和 Lumentum 投資 20 億美元,並配套多年採購承諾、未來產能/訪問權,用於先進雷射器、光網聯產品、R&D 和美國製造能力擴張。

Lumentum 也是美國光晶片擴產圖景中不可忽視的一環。3 月,Lumentum 宣布將在美國北卡羅來納州 Greensboro 建設一座新的先進雷射器製造工廠。該工廠面積約 24 萬平方英尺,重點生產面向全球大型 AI 數據中心的磷化銦(InP)光器件。5 月,AIXTRON 宣布獲得 Lumentum 多台 G10-AsP MOCVD 系統訂單。Lumentum 過去一年股價上漲了 769%。

同樣於6月16日,Nokia 宣布將在美國賓夕法尼亞州阿倫頓擴建光子晶片先進測試與封裝能力,即進一步將光子晶片封裝成可用於 AI 和通信基礎設施的光模組。Nokia 表示,該基地是美國少數具備此類能力的設施之一,擴產後產能最高可提升至當前水平的 10 倍,預計於 2026 年第三季末具備商業可用產能。

Nokia 補足的是光子晶片的封裝測試與模組化能力,Coherent 補足的是 InP 光子元件的前道製造能力,而 Nvidia 此前對 Coherent 和 Lumentum 的投資,則相當於為雷射器與光網際網路核心供應商提前鎖定資金、訂單與產能。美國正將 AI 數據中心的光互連,納入本土半導體製造體系。

日本補足的是上游材料領域,這也是日本半導體長期以來擅長的領域。

6月16日,全球InP襯底雙寡頭之一的日本JX Advanced Metals宣布,計劃未來四年最高投資1200億日元,用於擴大InP襯底產能。疊加此前已宣布的相關投資,公司InP產能建設總投資規模將達到約1500億日元。這些投資將使該公司的產能提升至原來的7至10倍。

JX Advanced Metals 自 1980 年代以來一直生產磷化銦襯底。在 2025 財年,該公司投資 250 億日圓以提升該材料的產能。據印度海峽研究公司報告,預計到 2034 年,全球磷化銦晶圓市場規模將達到 5.0721 億美元,幾乎是 2025 年的三倍。目前,JX Advanced Metals 及其競爭對手住友電工分別佔據該市場約 40% 的份額。

在歐洲方面,也有幾個關鍵性動作。

當市場討論光通信時,常將「矽光」與「InP」對立起來:彷彿矽光普及後,InP 就會被取代。再加上此前 IQE 與 Tower Semiconductor 的智慧財產權(IP)訴訟,更讓人不禁這樣認為。但真實的產業路徑更為複雜,這一點可從 IQE 和 Tower 的動向看出。

於6月15日,IQE 與 Tower Semiconductor 簽訂多年 InP 外延片供應協議,以支援 Tower 硅光平台在 200Gb/通道可插拔收發器、下一代 400Gb/通道調製器和光路開關等領域的量產擴展。該協議規定,Tower 在第一年需作出最低採購承諾,IQE 需作出相應的供應承諾,此後還需作出最低採購量承諾。這也正好說明了一個趨勢:下一代硅光平台並非完全拋棄 III-V 材料,而是需要將 InP 高性能元件整合至成熟的硅光平台。硅光負責大規模整合、CMOS 工藝相容和平台化製造,而 InP 則繼續承擔高性能光源、調製和光電轉換等關鍵功能。

根據另一項協議,Tower 還將向 IQE 提供多孔矽專利的廣泛全球免版稅許可。此前,兩家公司之間存在知識產權糾紛,Tower 將就此問題達成和解,解決所有訴訟。

Tower 在今年 5 月 13 日發布的 2026 年第一季財報中指出,正執行一項積極的全球多晶圓廠矽光產能擴充計畫,目標是到 2026 年底,將矽光晶圓的月產出能力提升至 2025 年末的 5 倍以上。此外,Tower 宣布已與數家核心大客戶簽訂了總價值高達 13 億美元的 2027 年矽光長期供應合約,並於 2026 年第一季直接收到客戶支付的 2.9 億美元預付款。隨著多個廠區設備陸續進場,Tower 在矽光相關工藝、設備及封裝上的全球總資產投入滾動累計將達約 9.2 億美元。

在 2026 年 3 月,ST 發布新聞稱,正考慮在法國 Crolles 推行模組化擴產,目標是到 2027 年將 300mm 硅光產能翻四倍,並進一步規劃 2028 年的後續擴能。此外,該項目也得到了歐洲主權供應鏈計劃的支持。ST 基於 300mm 晶圓線的 PIC100 硅光工藝平台已進入面向全球頂級頭部雲廠商的全量高產階段,主要用於 800G 和 1.6T 光收發器的核心晶片。

6 月 2 日,瑞典晶片廠商 Sivers Semiconductors(專注於提供高功率多波長雷射陣列)與美國純代工巨頭 GlobalFoundries(格芯)達成深度戰略合作,專注於為 AI 數據中心基礎設施開發下一代光連接方案。具體而言,Sivers 的先進雷射陣列將直接整合至格芯的矽光平台中。

在國內方面,光晶片領域更是處於狂飆狀態。

根據證券時報·數據寶的行業統計,截至2026年第一季度,國內7家核心光模組上市企業的在建工程規模總計升至 38.98 億元,與四年前(2022年同期)相比,這一數字的增幅超過了 6 倍。中郵證券在研報中指出,全球磷化銦市場中海外巨頭佔比達95%,磷化銦行業整體供需缺口近70%,預計高景氣度將延續至2028年。

6月16日晚,東山精密公告稱,同意其全資子公司索爾思光電及其子公司於常州佈局光晶片及高速光模組擴建項目,總投資額12億美元,項目資金來源為公司自籌。索爾思是一家具備光晶片設計、製造、封裝、光模組組裝和測試能力的垂直一體化企業。東山精密收購索爾思後,等於從傳統電子製造和消費電子產業鏈,切入到 AI 光通信核心環節。

從財務貢獻來看,索爾思併表後對東山精密的利潤貢獻已明顯高於收入佔比。2025 年度和 2026 年第一季度,索爾思併表後的收入佔比分別為 3.58%、16.02%,利潤佔比則分別達到 22.69%、52.92%。這表明光通信業務不僅增長迅速,而且利潤彈性強。這也是東山精密願意拿出 12 億美元繼續押注的原因。

三安光電於6月3日的互動平台回覆:稱其磷化銦 InP 外延生長、晶片製造及封測工藝國內領先,已具備量產6吋InP光晶片的工藝能力,並表示公司光技術產能為 2,750 片/月,核心外延環節已擴產至近6,000片/月。在產品方面,三安光電在25年年報中提到,公司可提供用於光模組的 CW 光源、VCSEL、EML、PD 等雷射器和探測器晶片,其中用於 400G、800G 光模組的光晶片已批量出貨,用於 1.6T 光模組的光晶片已向客戶送樣驗證。

在材料端,今年4月,雲南錳業正式啟動了「高品質磷化銦單晶片建設項目」。該項目計劃擴建一條年產30萬片(折合4英寸,含6000片6英寸)的生產線。在現有15萬片/年的基礎上,最終達成45萬片/年的總產能,建設期為18個月。目前正按計劃推進行業驗證與設備進場,產能將隨建設進度逐步釋放。

國內光晶片產業鏈正從「模組組裝」向「材料—外延—晶片—封測—模組」全鏈條補齊。

光晶片增長,已成事實

众所周知,在光晶片領域,CPO 是產業的「聖杯」。但目前,CPO 落地的進度一直被推遲。因此,業界對光通信板塊也存在巨大擔憂:如果未來的 CPO(共封裝光學)遲遲無法落地,或表現疲軟,光模組公司是否就失去成長性了?

摩根士丹利(大摩)最新的光學報告提供了非常明確的反駁。大摩指出,投資者過於關注「什麼時候使用CPO」這個時間點,而忽略了底層不變量——帶寬增長的需求。

無論市場最終透過可插拔光學、NPO、CPO、OBO 還是混合架構來擴展,對更高頻寬的需求都應持續推動每 GPU/機架的光學引擎、雷射器及相關元件的增加。摩根士丹利的觀點是,架構如何演進只是路線問題,但光學元件整體用量的暴增是確定的。

什麼是 CPO、NPO 和 可插拔?

傳統可插拔(Pluggable):光模組像U盤一樣,插在交換機的前面板上,並透過銅線與內部的交換晶片(ASIC)連接。

NPO(Near-Package Optics):將光引擎移至交換機內部,緊貼交換晶片,縮短銅線距離。

CPO(共封裝光學):將光晶片和交換晶片(或 GPU)直接封裝在同一個基板上,徹底消除長距離銅線,將功耗和延遲降至最低。

目前 CPO 確實存在封裝極其複雜、良率低、一旦某個部件損壞整個主機板可能報廢(無法維修/可服務性差)等致命痛點。因此,CPO 的大規模普及很可能會放緩。但即使市場在短期內不採用 CPO,繼續使用傳統的可插拔光模組,或採用「銅/CPO 混合路線」,每台 AI 伺服器、每個 GPU 對應的光引擎和雷射器數量仍會大幅增加。

CPO 的爭議不僅是封裝位置之爭,也是光源路線之爭。CPO 的本質是將光引擎盡可能靠近交換晶片或計算晶片,以縮短高速電信號傳輸距離,降低功耗和頻寬瓶頸。但目前產業界並沒有唯一的光源答案。

目前較受關注的技術路線主要有三類:SiPh + CW Laser(矽光 + 連續波激光器)、VCSEL(垂直腔面發射激光器)和 MicroLED(微型發光二極體)。不同路線在成熟度、成本、距離和功耗上的差異,決定了 CPO 很可能不會以單一形態落地,而會在 AI 數據中心的不同距離層級中形成多種方案並存。

SiPh + CW Laser 即“硅光芯片 + 連續波激光器”方案,技術成熟度最高,有效傳輸距離可超過 1 公里,更適合數據中心中對帶寬、距離和可靠性要求較高的連接,但系統級功耗、耦合封裝和成本壓力仍然存在。

VCSEL 的優勢在於能效高、成本低、陣列化能力強,技術成熟度也較高,但有效距離通常限制在百米以內,更適合機櫃內或機櫃間短距互連。因此,VCSEL 的定位並非取代 SiPh + CW Laser,而是在短距、低成本、高密度光互連場景中作為補充方案。

MicroLED 則更像是一種面向未來的潛在方案,具備低延遲、低成本和高能效的潛力,但有效距離較短,技術成熟度也最低。這是近年來在光互連領域備受矚目的「黑馬」路線。硅光晶片初創公司 Ayar Labs 等正在積極探索將原本用於顯示領域的 MicroLED 引入到 Chiplet(芯粒)級別的高密度近端光互連中。它主要利用極小尺寸(微米級)的 LED 陣列作為光源,直接集成在計算晶片(如 GPU、HBM)的邊緣或基板上,通過電信號直接驅動 MicroLED 閃爍發光進行資料傳輸。

由此可見,CPO 的未來很可能並非單一光源路線勝出,而是根據 AI 數據中心內部不同的距離、不同的頻寬密度和不同的成本限制,形成 SiPh、VCSEL、MicroLED 等多種方案分層並存的格局。這也進一步說明,光晶片擴產並非簡單押注某一種 CPO 技術,而是押注 AI 集群從電互連走向光互連後,整個光源、光引擎、封裝測試和材料體系的價值量提升。

結語

在這場由 AI 算力點燃的全球光晶片擴產潮中,沒有一個地區甘於落後:美國正透過政策與巨頭資本重塑本土製造鏈,日本誓死守護上游材料的護城河,歐洲積極推動矽光與化合物半導體異質整合的工程化落地,而中國則憑藉恐怖的產線落地速度、在建工程規模,以及逐步向上游材料、垂直一體化晶片延伸的蠶食能力,展現出極強的產業韌性。

表面上,這是美、日、歐、中四地廠商的產能競賽;本質上,這是 AI 數據中心從算力擴張走向頻寬擴張後,全球半導體產業鏈對「更多光」的一次集體下注。

The arms race in the Photon Era has entered a heated phase.

本文來自微信公眾號 “半導體行業觀察”(ID:icbank),作者:杜芹DQ

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