歐洲金融巨頭法國巴黎銀行(BNP PARIBAS)近日發(fā)布的一份研究報(bào)告顯示，英偉達(dá)、臺積電以及博通等全球芯片巨頭所主導(dǎo)的“硅光子技術(shù)“浪潮即將演變成一場席卷整個(gè)AI算力產(chǎn)業(yè)鏈的史無前例革命——“硅光子革命”，這也意味著CPO與光學(xué)I/O技術(shù)路線將在不久后從前沿實(shí)驗(yàn)室向全球應(yīng)用端加速滲透。即將爆發(fā)的“硅光子革命”，對于涵蓋AI芯片、HBM以及以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備的全球AI算力產(chǎn)業(yè)鏈而言可謂重大的潛在利好催化劑，“長期牛市敘事”邏輯可謂大幅強(qiáng)化，有望推動該產(chǎn)業(yè)邁向新一輪狂飆式“牛市曲線”。

為遏制AI數(shù)據(jù)中心功耗指數(shù)級躍升、降低經(jīng)營成本以及大幅提升每AI機(jī)架單位的算力效率，共封裝光學(xué)(CPO)作為大規(guī)模橫向擴(kuò)展互連方案被提出——“AI芯片霸主”英偉達(dá)已將其納入路線圖。比如，英偉達(dá)InfiniBand Quantum-X 交換機(jī)預(yù)計(jì)2025年下半年推出，英偉達(dá)Spectrum-X以太網(wǎng)交換機(jī)預(yù)計(jì)2026年下半年推出，均集成硅光子技術(shù)。

通過將光信號發(fā)射接收端集成封裝至更靠近交換芯片的位置，CPO有望扭轉(zhuǎn)以太網(wǎng)交換機(jī)等光互連設(shè)備功耗指數(shù)級上升趨勢。英偉達(dá)預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)可插拔光模塊相比，在相同功耗下采用CPO封裝可以使GPU/CPU/AI ASIC等處理器(XPU)的部署數(shù)量增加3倍。在CPO之外，光學(xué)I/O(即Optical I/O， 簡稱OIO)進(jìn)一步將硅光子的應(yīng)用范圍從交換芯片擴(kuò)展到GPU-GPU或CPU-GPU、CPU-ASIC等處理器芯片之間，有望進(jìn)一步降低每比特能耗。法巴銀行預(yù)計(jì)未來還將出現(xiàn)光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子光子技術(shù)，進(jìn)一步拓展光學(xué)解決方案的應(yīng)用范圍。

法國巴黎銀行的分析師團(tuán)隊(duì)表示，基于“硅光子”技術(shù)的全球光通信數(shù)據(jù)中心互連市場(包含CPO與光學(xué)I/O技術(shù)路線 )預(yù)計(jì)從2028年起到2033年將以超過80%的年復(fù)合增速(CAGR)高速增長，該機(jī)構(gòu)到2033年市場規(guī)模有望接近25億美元，其中絕大多數(shù)市場預(yù)計(jì)為光學(xué)I/O。法巴銀行測算數(shù)據(jù)顯示，中期內(nèi)CPO有望加速滲透，但是從硅光子技術(shù)路線以及長期投資角度來看光學(xué)I/O市場規(guī)模將更加廣闊，該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)到2033年，在單個(gè)大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)，未來光學(xué)I/O模塊的需求量最終將達(dá)到同等規(guī)模CPO模塊數(shù)量的2–7倍(按單位數(shù)量數(shù)據(jù)中心計(jì)算)。

總體而言，法巴銀行分析團(tuán)隊(duì)非常看好英偉達(dá)、臺積電以及全球主要光網(wǎng)絡(luò)硬件廠商(博通、Lumentum、Coherent、Fabrinet、Marvell)的投資前景，認(rèn)為“硅光子革命”有望成為這些芯片巨頭的潛在重大催化劑，帶動它們股價(jià)邁入持續(xù)上行軌跡。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)認(rèn)為材料端的硅晶圓廠商 Soitec(SOI)以及硅光子裝備端的荷蘭半導(dǎo)體設(shè)備巨頭BE Semiconductor也將從即將席卷全球的“硅光子革命”中大幅受益。

硅光子技術(shù)的兩條重要路線：CPO與光學(xué)I/O

摩爾定律逼近極限已很大程度上導(dǎo)致傳統(tǒng)電子芯片性能強(qiáng)化幅度放緩，基于硅光子的芯片封裝技術(shù)則提供了一種基于光技術(shù)的性能強(qiáng)化方案，使得芯片性能在納米制程技術(shù)受限的情況下加速擴(kuò)張。硅光子學(xué)技術(shù)是一種將激光器件等光學(xué)元件與硅基集成電路集成在一起的技術(shù)，通過光而不是電信號來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、更長的傳輸距離和低功耗。此外，相比于普通電信號芯片，硅光子芯片還可以提供低得多的延遲。

隨著ChatGPT風(fēng)靡全球以及Sora文生視頻大模型重磅問世，疊加AI領(lǐng)域“賣鏟人”英偉達(dá)連續(xù)多個(gè)季度無與倫比的業(yè)績，意味著人類社會邁入AI時(shí)代。與此同時(shí)，愈發(fā)龐大的AI算力需求帶來無比龐大的光互連需求，因此硅光子技術(shù)在高速數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)中心互連等高帶寬、低功耗應(yīng)用場景中具有相當(dāng)大的潛力。隨著基于AI訓(xùn)練/推理算力體系的云端AI算力服務(wù)和ChatGPT生成式AI應(yīng)用滲透率增長帶來AI算力需求激增，硅光子技術(shù)將發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。

在5月底的英偉達(dá)業(yè)績會議上，黃仁勛極度樂觀地預(yù)測Blackwell系列將創(chuàng)下史上最強(qiáng)勁AI芯片銷售紀(jì)錄，推動人工智能算力基礎(chǔ)設(shè)施市場“呈現(xiàn)出指數(shù)級別增長”?！叭缃?，每個(gè)國家都將AI視為下一次工業(yè)革命的最核心——一個(gè)為全球每個(gè)經(jīng)濟(jì)體不斷生產(chǎn)智能以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的新興產(chǎn)業(yè)，”黃仁勛在與分析師們的業(yè)績討論表示。

推理端帶來的AI算力需求堪稱“星辰大?！?，有望推動人工智能算力基礎(chǔ)設(shè)施市場持續(xù)呈現(xiàn)出指數(shù)級別增長，“AI推理系統(tǒng)”也是黃仁勛認(rèn)為英偉達(dá)未來營收的最大規(guī)模來源。

在硅光子技術(shù)版圖中，“共封裝光學(xué) (CPO)” 與 “光學(xué) I/O (Optical I/O)” 的確形成了兩條互補(bǔ)卻取向迥異的路線：前者優(yōu)先解決機(jī)架-級交換 ASIC 接口功耗與面板密度瓶頸，后者則把光收發(fā)做成芯粒，定位為 CPU/GPU/NPU 等計(jì)算芯片之間的下一代片外總線。

簡單而言，CPO技術(shù)主要針對英偉達(dá)InfiniBand以及博通以太網(wǎng)交換機(jī)芯片等高性能網(wǎng)絡(luò)交換 ASIC 的即期功耗/效率密度瓶頸，光學(xué) I/O則面向未來異構(gòu)計(jì)算的帶寬、能效與芯片針腳墻挑戰(zhàn)。從先進(jìn)封裝角度來看，CPO與光學(xué)I/O融合到一個(gè)封裝體系的可能性非常大，先進(jìn) 2.5D/3D 封裝(CoWoS、InFO、EMIB 等)允許在一塊大型系統(tǒng)級封裝 (SiP) 內(nèi)同時(shí)放置交換 ASIC+CPO 光引擎和若干帶光學(xué)I/O 的計(jì)算芯粒，形成“同封不同域、熱區(qū)隔離”的異構(gòu)先進(jìn)封裝——因此兩條路線既獨(dú)立演進(jìn)，又在芯片封裝系統(tǒng)層面高度互補(bǔ)。

在法巴銀行分析團(tuán)隊(duì)看來，光學(xué)I/O規(guī)模將成為硅光子技術(shù)的主流路線，未來市場規(guī)模相比于CPO將大得多。法巴銀行預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，2022年光學(xué)I/O市場規(guī)模僅僅為3800萬美元，2028年有望擴(kuò)張至1.37億美元，2033年則有望高達(dá)26億美元，意味著2028-2033年CAGR高達(dá)80%。法巴銀行預(yù)計(jì)單個(gè)數(shù)據(jù)中心光學(xué)I/O需求最終為CPO的2-7倍。

從臺積電、英特爾以及三星電子等芯片制造巨頭的硅光子技術(shù)路線來看，CPO與光學(xué)I/O呈現(xiàn)出先分后合、逐步融合。最終。當(dāng)硅光子成熟后，“同系統(tǒng)分區(qū)封裝”有望成為CPO與光學(xué)I/O 的主流形態(tài)。

2025-2027：分開推進(jìn)封裝為主流技術(shù)路線，基于CPO先進(jìn)封裝的芯片有望率先量產(chǎn)并在英偉達(dá)與博通的高性能交換設(shè)備大規(guī)模應(yīng)用;光學(xué)I/O 仍處芯粒 PoC 與早期 HPC 加速卡試點(diǎn)階段;2028-2030：同板異構(gòu)SiP，比如臺積電、英特爾Foundry可能將進(jìn)行異構(gòu)測試，之后小規(guī)模提供同時(shí)支持CPO光引擎和OIO芯粒的系統(tǒng)級先進(jìn)封裝芯片成品(CoWoS-SR、EMIB+COUPE復(fù)合);2030 以后，則有望持續(xù)性能層面互補(bǔ)且在系統(tǒng)層面長期共存于同一先進(jìn)封裝體系。

英偉達(dá)、臺積電以及博通引領(lǐng)“硅光子革命”

硅光子驅(qū)動的光互連市場正進(jìn)入高速增長期。據(jù) Yole Intelligence 的預(yù)測，“數(shù)據(jù)通信光學(xué)”(主要涵蓋共封裝光學(xué)和光學(xué)I/O)市場規(guī)模將從 2022年的約3800萬美元增長到2028年的約1.37億美元，再躍升至 2033年的約26億美元。這意味著在2022-2028年期間復(fù)合年增長率約 24%，而在2028-2033年期間增長將加速到 80%/年以上。這一爆發(fā)式增長的后期主要由光學(xué)I/O 產(chǎn)品放量驅(qū)動。

事實(shí)上，Yole 預(yù)測到 2033 年面向AI/ML高性能加速器的光學(xué)I/O市場規(guī)模將達(dá)約 23億美元，顯著大于同期面向網(wǎng)絡(luò)互連的 CPO市場(約 2.87億美元)。換言之，光學(xué)I/O在整體光數(shù)據(jù)通信市場中的占比將逐年提高，成為主要增長引擎，而英偉達(dá)、臺積電以及博通極大概率將是CPO與光學(xué)I/O超級浪潮的最大贏家勢力。

作為AI計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，英偉達(dá)正率先將硅光子技術(shù)融入其高性能網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品(Spectrum-X、Quantum-X交換機(jī))，并投資初創(chuàng)公司(比如Ayar Labs)完善生態(tài)。在硅光子互連技術(shù)路線——CPO與光學(xué)I/O兩大領(lǐng)域的前沿布局，將為英偉達(dá)AI GPU集群可擴(kuò)展性和能效進(jìn)一步提升奠定重大基礎(chǔ)，最終將不斷鞏固其在AI基礎(chǔ)設(shè)施市場的絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。隨著AI算力需求的指數(shù)級增長，法巴銀行等機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)硅光子技術(shù)將成為英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心方案的關(guān)鍵賣點(diǎn)，為其帶來大規(guī)模新增營收和差異化優(yōu)勢。

法巴銀行對英偉達(dá)維持積極前景展望，認(rèn)為其在硅光子領(lǐng)域的領(lǐng)先布局將成為股價(jià)的最重要潛在催化劑之一(當(dāng)前主要為AI相關(guān)業(yè)務(wù)大舉擴(kuò)張與數(shù)據(jù)中心能效提升)。

臺積電繼引領(lǐng)芯片制造FinFET時(shí)代，并且推動2nm GAA時(shí)代開啟之后，有望引領(lǐng)硅光子芯片制造技術(shù)，成為硅光子芯片制造龍頭。臺積電利用其先進(jìn)工藝和封裝能力，率先推出硅光子平臺(比如COUPE)并吸引英偉達(dá)、AMD以及蘋果等大客戶合作，牢據(jù)硅光子芯片代工環(huán)節(jié)的主導(dǎo)地位。隨著CPO和OIO技術(shù)路線逐步落地，臺積電有望在硅光子晶圓級別代工以及芯粒chiplet先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)上開拓新的“超級增長點(diǎn)”。

法巴銀行等投資機(jī)構(gòu)普遍預(yù)計(jì)臺積電將進(jìn)一步推出標(biāo)準(zhǔn)化的硅光子工藝平臺，降低業(yè)界進(jìn)入門檻，進(jìn)而擴(kuò)大硅光子市場蛋糕，這將強(qiáng)化臺積電在高性能計(jì)算和光通信芯片制造領(lǐng)域的近乎壟斷地位，對其中長期業(yè)績強(qiáng)勁增長形成支撐。

博通一方面在開發(fā)自身的CPO高性能交換芯片方案(結(jié)合其Tomahawk系列旗艦交換機(jī)芯片產(chǎn)品)，另一方面通過并購(此前收購了光纖模塊廠商 Brocade)在光互連領(lǐng)域積累技術(shù)。博通擁有廣泛的全球云廠商客戶基礎(chǔ)和成熟的交換機(jī)ASIC業(yè)務(wù)，引入CPO將大幅提高其交換系統(tǒng)產(chǎn)品的競爭力。

法巴銀行等知名投資機(jī)構(gòu)普遍預(yù)計(jì)博通將在下一代交換平臺中集成硅光子接口，以滿足超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心客戶對高帶寬、低功耗類交換機(jī)的需求。這將帶動博通高端交換芯片出貨大幅增長，提升其在云數(shù)據(jù)中心市場的份額。法巴銀行分析團(tuán)隊(duì)對博通業(yè)績與股價(jià)前景持積極展望，和臺積電與英偉達(dá)一樣，其積極投入硅光子有望成為新的“超級增長點(diǎn)”。

本文源自：智通財(cái)經(jīng)網(wǎng)