Автор: Годо
Два самых горячих сегмента в области ИИ — это память и оптика. Ранее я писал о каркасе памяти (одна статья, чтобы понять пул прибыли и отраслевую структуру уровней хранения в ИИ), а в этой статье расскажу об оптике.
Кремниевая фотоника (Silicon Photonics) используется для связи между чипами для вычислений, заменяя традиционные медные провода, что наглядно показано на рисунке ниже.
Технологии, которые вы можете встретить и которые могут вызвать недоумение, такие как LPO (линейная съемная оптика), CPO (совместно упакованная оптика), OCS (оптическая коммутация каналов), Optical I/O (оптический ввод-вывод), — это различные технологические пути реализации кремниевой фотоники.
Обычно чипы общаются по медным проводам. Кремниевый фотонный чип интегрирует непосредственно на кремниевую подложку лазеры, которые генерируют свет, модуляторы, которые его «модулируют», и детекторы, которые его «принимают», используя для связи фотоны.
Итак, зачем заменять медь? И почему именно кремниевая фотоника, а не что-то другое?
Во-первых, медные проводники практически достигают физического предела при передаче сигналов свыше 1,6 Тбит/с, сигнал начинает искажаться. Необходимо задуматься о смене материала. Это самая критичная причина, по которой это приходится делать. Терминология: «стена пропускной способности» (bandwidth wall).
Во-вторых, медь — это физическая сущность, и когда кластеры GPU становятся большими, для медных проводов просто не остается места. Это еще одна причина, по которой от меди приходится отказываться. Свет же позволяет размещать оптические интерфейсы непосредственно рядом с чипами коммутаторов, экономя на большом количестве проводки. Терминология: «стена масштабируемости» (scale wall).
В-третьих, медь слишком энергозатратна. В инфраструктуре мощностью в сотни мегаватт кремниевая фотоника позволяет ежедневно экономить десятки тысяч киловатт-часов электроэнергии, которые ранее тратились на связь по меди. После перехода на оптику эту энергию можно направить на GPU для выполнения реальных вычислений. Терминология: «стена энергопотребления» (power wall).
Что еще интереснее, кремниевая фотоника может использовать существующие зрелые CMOS-техпроцессы полупроводникового производства, не требуя строительства нового завода с нуля, что обеспечивает низкую стоимость и возможность массового производства.
Конечно, у кремниевой фотоники есть и слабое место: сам кремний не может эффективно излучать свет, поэтому приходится полагаться на материал фосфид индия (InP). Это стало ключевым узким местом всей цепочки поставок.
Эволюция технологии кремниевой фотоники
Важнейшим рубежом стал март 2025 года, когда NVIDIA на конференции GTC представила фотонные коммутаторы Quantum-X и Spectrum-X. Дженсен Хуан объявил, что начиная со следующего поколения Rubin, «оптическая взаимосвязь — не опция, а стандарт».
Через неделю NVIDIA объявила об инвестициях на общую сумму 40 миллиардов долларов в компании Coherent и Lumentum, чтобы закрепить ключевые цепочки поставок.
Исследование по кремниевому фотоэффекту было опубликовано в 1980-х годах, а в период с 2004 по 2014 годы Intel и IBM создали кремниевые оптические модуляторы.
В предыдущем десятилетии крупнейшие облачные провайдеры, такие как AWS, Google, Meta, применяли кремниевую фотонику, но тогда она была лишь частью волоконно-оптической связи.
Текущая отраслевая структура
1) Самый нижний уровень: Фабрики по производству полупроводниковых пластин (Wafer Foundries)
Производят фотонные чипы. Компания TSMC $TSM лидирует благодаря технологии COUPE. Tower Semiconductor $TSEM специализируется на производстве кремниевой фотоники по заказу, в 2025 году выручка от кремниевой фотоники выросла на 70%. GlobalFoundries $GFS через приобретение сингапурской компании AMF стала крупнейшей в мире специализированной фабрикой по производству кремниевой фотоники.
2) Второй уровень: Поставщики ключевых компонентов
Поставляют лазеры, модуляторы и т.д., в основном лазеры на основе фосфида индия (InP). В мире менее 5 компаний, способных производить высокоскоростные EML-лазеры.
Lumentum $LITE — единственный производитель, способный выпускать EML-лазеры со скоростью 200 Гбит/с на канал, что является ключевым компонентом для оптических модулей 1,6 Тбит/с. NVIDIA, чтобы закрепить их производственные мощности, забронировала заказы до 2027 года и позже.
3) Третий уровень: Производители модулей и систем
Собирают компоненты в продукты. На долю Coherent приходится 25% мирового рынка оптических приемопередатчиков. Китайские компании InnoLight, Eoptolink, Accelink также значимы благодаря масштабу производства и конкурентоспособности по стоимости.
4) Самый верхний уровень: Системные интеграторы
На этом уровне находятся NVIDIA, Cisco, Broadcom, Marvell.
В целом,
NVIDIA $NVDA
Доминирующая позиция. Определяет стандарты взаимосвязи для ЦОДов ИИ, а затем блокирует цепочки поставок с помощью стратегических инвестиций.
Broadcom $AVGO
Абсолютный лидер на рынке чипов для сетевых коммутаторов, 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 серьезный конкурент Broadcom, доминирует на рынке оптических DSP PAM4 с долей 60-70%. Недавно приобрела Celestial AI, чтобы войти на рынок оптической межчиповой связи.
Lumentum $LITE
Ключевой поставщик EML-лазеров. Единственный в мире производитель, способный выпускать EML со скоростью 200 Гбит/с на канал. NVIDIA забронировала заказы до 2027 года и позже.
Coherent $COHR
Компания с вертикально интегрированной цепочкой, представлена на всех уровнях: от материалов и лазеров до модулей. Выручка в FY2025 составила 5,8 млрд долларов, занимает первое место по доле на рынке оптических приемопередатчиков.
TSMC $TSM
Установитель технологических стандартов. Техпроцесс 65 нм для кремниевой фотоники уже запущен в массовое производство. Платформа COUPE — самая передовая на сегодняшний день схема 3D гетерогенной интеграции. Стратегия CPO от NVIDIA тесно связана с ней.
Tower Semiconductor $TSEM
Компания, наиболее четко получающая выгоду от производства кремниевой фотоники по заказу. В 2025 году выручка от кремниевой фотоники выросла на 70%, инвестирует 6,5 млрд долларов в утроение производственных мощностей. Обладает наибольшим потенциалом роста капитализации среди всех представленных активов.
Lightmatter / Ayar Labs (не публичные компании, кандидаты на IPO)
Оценка Lightmatter составляет 4,4 млрд долларов, компания занимается 3D фотонной взаимосвязью. Ayar Labs получила инвестиции от AMD, Intel и NVIDIA, работает над оптическими чиплетами ввода-вывода. Обе являются потенциальными кандидатами на громкое IPO.
Бум кремниевой фотоники меняет логику оценки
Приведем пример. Ранее аналитики Уолл-стрит оценивали Tower Semiconductor как обычную фабрику по производству аналоговых микросхем по заказу, с коэффициентом P/S примерно 2-3x.
Но когда доля бизнеса по кремниевой фотонике выросла с 5% до 30-40% от общей выручки, рынок начал переоценивать компанию как дефицитный актив для инфраструктуры ИИ, и коэффициент P/S потенциально может вырасти до 6-10x.
Lumentum и Coherent раньше были поставщиками телекоммуникационных компонентов, теперь их переопределяют как незаменимых поставщиков компонентов для взаимосвязи в системах ИИ. Аналитик BofA Вивек Аря повысил целевую цену для Marvell до 200 долларов, основываясь на логике оценки компании как платформы для инфраструктуры ИИ, а не как производителя коммуникационных чипов.
Аналитики Evercore ISI придерживаются аналогичного мнения относительно Cisco: по мере того, как продукты на основе кремниевой фотоники будут проникать в гипермасштабируемые ЦОДы, основная выручка Cisco от ИИ в следующие 3-4 года может вырасти с 3 млрд долларов до 12-15 млрд долларов.
«Ров» (конкурентное преимущество) индустрии кремниевой фотоники
Индустрия кремниевой фотоники демонстрирует явные признаки доминирования победителя, поскольку каждая технология фактически оттачивалась в течение длительного времени до бума ИИ.
InP-лазеры: менее 5 компаний в мире могут производить высококлассные EML-лазеры, цикл расширения производственных мощностей составляет 3-5 лет. Это самое узкое место всей цепочки поставок.
Техпроцесс COUPE от TSMC. Технологический барьер для 3D гетерогенной интеграции, преследователи отстают как минимум на два поколения, требуется многолетний опыт для достижения высокой выхода годных изделий.
Экосистема PDK (комплект данных для проектирования) у фабрик. Как только клиент спроектировал продукт на определенной фабрике, затраты на переход крайне высоки: перепроектирование и повторная сертификация занимают 12-18 месяцев.
Тепловой менеджмент и упаковка. В CPO необходимо одновременно управлять сопряжением трех физических доменов — электрического, теплового и оптического — в пространстве в несколько миллиметров. Без многолетнего опыта системной интеграции этого не добиться.
Процесс сертификации поставщиков у таких гигантов, как AWS, Google, обычно занимает 12-24 месяца. После завершения сертификации лояльность клиентов чрезвычайно высока.
Риски и объективный взгляд
Рост всей цепочки поставок в высокой степени зависит от капитальных затрат пяти гипермасштабируемых облачных провайдеров: Microsoft, Google, Meta, Amazon, Oracle.
Существует возможность замены технологических путей: LPO, CPO, OCS, Optical I/O. Если один путь будет вытеснен другим, капитал, вложенный ранее, может столкнуться с амортизацией и обесценением.
Исследовательские агентства, такие как LightCounting, считают, что действительно массовое развертывание CPO начнется только после 2028 года. До этого времени в основном будут использоваться переходные решения, такие как LPO.
Таким образом, делать ставку на успех отрасли в целом безопаснее, чем на успех отдельной компании.
