ما هو سرد الضوء المتقدم والنحاس المتراجع: هل تفوقت إنتل EMIB على TSMC في تقنية الاتصال البصري الذكي؟

تسبب الحوسبة بالذكاء الاصطناعي في تراجع الضوء وتقدم النحاس، وأشار المحللون إلى أن تغليف EMIB من إنتل يمتلك ميزة في معدل الإنتاجية والتبريد مقارنة بـ CoWoS من TSMC في مجال التغليف البصري المشترك (CPO).

مع النمو الهائل في طلبات الحوسبة بالذكاء الاصطناعي، تتوسع عنق الزجاجة في نقل البيانات من مستوى الرقاقة إلى مستوى التغليف والبنية التحتية للاتصال. يُنظر إلى التغليف البصري المشترك (CPO) كعنصر رئيسي في الثورة التحتية التالية، ومع ذلك، فإن من يستطيع حل ثلاث تحديات رئيسية: معدل الإنتاج، التبريد، ومحاذاة الألياف البصرية، سيكون هو الفائز في هذه المنافسة. مؤخرًا، أشار المحلل في مجال أشباه الموصلات Bubble Boi إلى أن تقنية تغليف EMIB من إنتل تتمتع بميزة، وصرح أن TSMC's CoWoS يواجه قيودًا في دمج CPO، مما أثار نقاشًا واسعًا في المجتمع.

（عندما تصل تكديس الذاكرة إلى الحد الأقصى: كيف يمكن لـ"الاتصال البصري" أن يحول تغليف GPU–HBM إلى نجم جديد؟）

لماذا لا تستطيع "الأسلاك النحاسية" تحمل نقل البيانات في عصر الذكاء الاصطناعي؟

في بنية مراكز البيانات الحالية للذكاء الاصطناعي، يتوسع حجم تجمعات وحدات معالجة الرسوميات (GPU)، ويعتمد الاتصال بين عدة وحدات GPU، وبين GPU والذاكرة عالية النطاق الترددي (HBM)، وبين الخوادم على نقل بيانات عالي النطاق وتوقيت منخفض. ومع ذلك، فإن الكابلات النحاسية التقليدية وإشارات الاتصالات تتعرض للضغط من قبل تدفقات البيانات الضخمة ومتطلبات استهلاك الطاقة.

وفقًا لتقرير من جولدمان ساكس، من المتوقع أن يتوسع سوق الاتصالات الضوئية من حوالي 15 مليار دولار في 2026 إلى 154 مليار دولار بحلول 2028، بمعدل نمو يقارب عشرة أضعاف. هذه الموجة من "الضوء يتقدم على النحاس" تعتمد بشكل رئيسي على الحل الأساسي وهو التغليف البصري المشترك (CPO، Co-Packaged Optics): حيث يتم دمج محرك بصري مباشرة داخل تغليف الرقاقة، لاستبدال الإشارة الكهربائية بالإشارة الضوئية، وتقليل مسافة النقل، وخفض استهلاك الطاقة بشكل كبير.

（جولدمان ساكس يحدد أن الاتصالات الضوئية ستصبح السوق التحتية للذكاء الاصطناعي بقيمة مئات المليارات من الدولارات، وتستفيد TSMC، و上詮، و汎銓）

من ناحية استهلاك الطاقة، الفارق كبير جدًا. حيث يستهلك النموذج التقليدي للوحات الضوئية القابلة للفصل (FPP) حوالي 20 بيكو جول لكل بت (pJ/bit)، بينما يمكن أن يقلل هيكل CPO هذا الرقم إلى أقل من 5 pJ/bit، مما يوفر أكثر من 70% من استهلاك الطاقة.

المشكلة الأساسية في CPO: التبريد ومعدل الإنتاج

يؤكد Bubble Boi أن التحدي الأكبر في جعل تقنية CPO قابلة للإنتاج هو ليس المشكلة الفيزيائية الأساسية لنقل الضوء عبر الموجات، بل إدارة التبريد وجودة التصنيع على مستوى التغليف.

الحل السائد حاليًا هو تقنية TSMC CoWoS (Chip on Wafer on Substrate)، التي تدمج جميع الرقائق على طبقة وسيطة من السيليكون كبيرة الحجم. تواجه هذه البنية قيودًا جوهرية في التوسع: كل طبقة وسيطة من السيليكون تخضع لحدود حجم القناع (reticle limit). على الرغم من أن TSMC أطلقت إصدارات مثل CoWoS-S، CoWoS-R، وCoWoS-L لمواجهة ذلك، إلا أن إضافة كل رقاقة أو تكديس HBM يزيد من احتمالية وجود عيوب، وتصبح تكلفة التغليف التي تصل لعشرات الآلاف من الدولارات مهددة بالفشل إذا ظهرت مشكلة في أي جزء. وعند تجاوز مساحة تعادل حجم 5.5 أضعاف حجم القناع، تنخفض نسبة الإنتاج بسرعة.

الأكثر تعقيدًا هو أن المحرك الضوئي حساس جدًا للحرارة، وأن وحدات GPU عالية الأداء أو ASIC المبدل تولد حرارة هائلة أثناء التشغيل. إذن، فإن التحدي الحقيقي هو دمج المحرك الضوئي في نفس لوحة التغليف دون أن يؤدي ذلك إلى انخفاض معدل الإنتاج أو فشل التبريد.

ميزة إنتل EMIB: حل جزئي للمشكلات المعقدة

يعتقد Bubble Boi أن، على عكس خطة TSMC التي تعتمد على طبقة وسيطة كبيرة ومتكاملة، فإن تقنية EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) من إنتل تتبع منطق تصميم مختلف تمامًا.

تستخدم EMIB جسرًا صغيرًا جدًا من السيليكون ليحل محل الطبقة الوسيطة الكبيرة، وتقوم بالتوصيل الدقيق في المناطق ذات الكثافة العالية، مع ترك المناطق الأخرى أقل تعقيدًا وخطرًا. هذه الاستراتيجية "التركيز على المناطق الصعبة" تظهر ميزة واضحة في معدل الإنتاج: حيث يُقدر أن معدل نجاح تغليف EMIB يتجاوز 95%، ويدعم حجم تغليف يعادل حوالي 12 حجم قناع، وهو أفضل بكثير من أداء CoWoS عند نفس الحجم.

بالنسبة لتراكم تقنية السيليكون الضوئي، فإن إنتل لديها خبرة تزيد عن 25 عامًا، وفي 2024 عرضت شريحة صغيرة ذات I/O بصري (Optical I/O Chiplet) تعتمد على EMIB، وتصل إلى معدل نقل ثنائي الاتجاه 2 تيرابت في الثانية، مع استهلاك طاقة حوالي 5 بيكو جول/بت، وقد أكملت اختبارات التوصيل بالألياف البصرية وفقًا لمعايير JEDEC، مع اختبارات موثوقية.

وتشمل العمليات الأساسية، محاذاة الألياف البصرية واختبارات الموثوقية، وهي من أصعب التحديات التي لا تزال العديد من الشركات تتخبط فيها، وتعد من أهم العقبات بين العرض التوضيحي والإنتاج الكمي.

هل يمكن لـ COUPE من TSMC أن يتفوق في التكرار ويبدأ السباق؟

يجب أن نذكر أن Bubble Boi هو في الأصل أحد كبار مسؤولي إنتل، لذلك فإن القول بأن "سوق CPO ستسيطر عليه إنتل وحدها" هو تبسيط مفرط، ويقلل من قدرات TSMC وبيئتها التكنولوجية في التكرار والتطوير.

تعمل منصة COUPE من TSMC، عبر تقنية تكديس الرقائق SoIC-X، على دمج الرقائق الإلكترونية مباشرة على الرقاقة الضوئية، وتخطط لدمجها في تغليف CoWoS المتقدم بحلول 2026، لتشكيل بنية CPO كاملة. هذا يعني أن الاتصالات الضوئية قد تنتقل من وسيلة بين الخوادم إلى مستوى التغليف داخل الرقاقة نفسها. بالإضافة إلى ذلك، تدرس TSMC تقنيات الجيل القادم مثل لوحات الزجاج (CoPoS) والالتحام المختلط (Hybrid Bonding) لمواجهة القيود الفيزيائية للطبقة الوسيطة من السيليكون.

بدأت شركة Broadcom، عبر محول Tomahawk 5 Bailly CPO، في شحن المنتجات للعملاء الأوائل، ويدعم سرعات تصل إلى 51.2 تيرابت في الثانية، ومن المتوقع أن يدخل في الإنتاج الضخم بحلول 2026. كل هذه التطورات تظهر أن التنافس في سوق CPO أصبح أكثر من مجرد تكنولوجيا، بل يتعلق بتنفيذ الإنتاج بكميات كبيرة.

نموذج NPO كحل مؤقت، وانتشار CPO بعد 2028

لفهم مشهد التنافس في CPO، من الضروري التمييز بين مفهوم آخر وهو الاتصالات البصرية القريبة من التغليف (NPO، Near-Package Optics).

المصدر: خريطة طريق تطور تقنيات التغليف البصري من Alphawave SEMI: من وحدات الضوء القابلة للفصل (Pluggable Optics)، إلى البصريات على اللوح / التغليف القريب (OBO / NPO)، والتكامل البصري المشترك ثنائي الأبعاد (2.5D CPO)، والتغليف الثلاثي الأبعاد (3D CPO)، وصولاً إلى التكامل الكامل لمصدر الليزر (Integrated Laser).

الفرق بين NPO و CPO هو مستوى التكامل: فـ CPO هو دمج المحرك البصري مباشرة داخل الرقاقة؛ أما NPO فهو وضع المحرك البصري بجانب التغليف على مسافة قريبة جدًا، مع استخدام جسور اتصال كهربائية قصيرة، مما يضحي ببعض الأداء مقابل عزل حراري أعلى ومعدل إنتاجية أفضل. تستخدم شركات مثل Google وغيرها حاليًا تقنية NPO، وتدمجها مع تقنيات إنتل EMIB وTSMC CoWoS.

من حيث السوق، فإن الحلول الثلاثة الحالية لمراكز البيانات تشمل وحدات الضوء القابلة للفصل، وNPO، وCPO، ويتوقع أن تحل CPO محل الحلول التقليدية بشكل كبير بحلول 2028-2030، مع استمرار NPO كحل مؤقت حتى ذلك الحين.

ما هي الأسهم المرتبطة بالاتصالات الضوئية؟ فرص التمركز في سلسلة التوريد التايوانية

هذه الموجة من الاتصال البصري تفتح فرصًا متعددة لسلسلة التوريد التايوانية. تعتبر منصة COUPE من TSMC التقنية الأبرز؛ شركة 上詮 (3363) دخلت مجال مصفوفات الألياف البصرية (FAU) وأدرجتها في منظومة السيليكون الضوئي، مع تقدم المواصفات إلى 1.6 تيرابت و3.2 تيرابت؛ شركة 汎銓 (6830) تركز على سوق الكشف عن الخسائر الضوئية والاختبار في السيليكون الضوئي وCPO، مع خدمات وأجهزة وترخيص.

بالإضافة إلى ذلك، فإن شركات مثل 智邦 (2345)، و訊芯 (6451)، و聯亞 (3081)، التي تركز على معدات الاتصالات الشبكية، وأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية، ومكونات الاتصالات الضوئية، تعتبر من المستفيدين المحتملين. كما أن شركة 日月光 (3711)، الرائدة في التغليف المتقدم، تستفيد من خبرتها الطويلة في تقنيات CoWoS، وتطمح إلى التمركز في السوق.

على الرغم من أن EMIB من إنتل يمتلك ميزة هندسية حقيقية وقابلة للقياس في دمج CPO، خاصة في معدلات النجاح، والتبريد، واختبارات موثوقية الألياف البصرية، إلا أن نتائج هذه المنافسة لن تكون بالضرورة صفرية. فإنتل تحتل مكانة مهمة في الحلول عالية المستوى، بينما من المتوقع أن تحافظ بيئة TSMC على حصتها السوقية من خلال الحجم والعلاقات مع العملاء.

لقد أصبح الاتجاه نحو "الضوء يتقدم على النحاس" لا مفر منه، لكن من سيحقق الاختراق في التبريد، معدل الإنتاج، والتنفيذ الكمي هو العامل الحقيقي الذي سيحدد مسار هذه الثورة التكنولوجية.

• تم إعادة نشر هذا المقال بموافقة من: 《链新闻》
• العنوان الأصلي: 《تحليل سرد "الضوء يتقدم على النحاس": هل تتفوق إنتل EMIB في تقنيات الاتصال البصري للذكاء الاصطناعي؟》
• الكاتب الأصلي: Crumax