بحث ميداني مؤسسي: نجحت TSMC في الفوز بـ CPO الحالي، بينما تراهن سامسونج على الجولة التالية

في سباق “التغليف البصري المشترك” CPO داخل مراكز البيانات الحالية، تتقدم شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) بخطواتها مستفيدة من منتجات Broadcom وNVIDIA. وفي الوقت نفسه، قد تكون سامسونج تراهن على الرهان في المرحلة التالية.

في 12 يوليو، نشرت مؤسسة PhotonCap دراسة ميدانية أشارت إلى أن CPO الموجهة للمبدلات قد انتقلت رسميًا من مرحلة التحقق التقني إلى مرحلة نشرها لدى العملاء.

لقد تم التحقق من قدرات التصنيع والتغليف المتقدم التي تملكها TSMC في هذا المسار عبر أول مجموعة من المشاريع التجارية الرائدة. لكن المشهد المستقبلي أكثر تعقيدًا بكثير من CPO الخاصة بالمبدلات في الوقت الراهن.

عندما تتعمق مداخل/مخارج الاتصال البصري (光学 I/O) داخل التغليف حيث توجد شرائح الحوسبة غير المتجانسة (XPU) وذاكرة النطاق العريض (HBM)، فإن من يستطيع أن يقود التصميم التكاملي لهذه الأجزاء الثلاثة سيعيد تشكيل أبعاد المنافسة في كامل الصناعة.

تتقدم TSMC حاليًا في “CPO الموجه للمبدلات”

في سوق CPO الحالية، لا يوجد منافس يضاهي TSMC في الصدارة.

تُظهر الدراسة أن CPO إيثرنت بسعة 102.4Tbps التي طورتها Broadcom اعتمادًا على منصة TSMC COUPE (محرك فوتونات عام مدمج) قد تم إرسالها كعينات إلى العملاء الأوائل.

وفي الوقت نفسه، بدأت Quantum-X من NVIDIA لشبكات تبديل ضوئية في الشحن، كما دخلت Spectrum-X الخاصة بالمبدلات الضوئية إيثرنت مرحلة الإنتاج، وكان من أوائل من اعتمدها CoreWeave وLambda وOracle.

وتشترك هذه الجيل من المنتجات في نقطة محورية: يتم نشر محرك الفوتونات بالقرب من ASIC الخاص بالمبدل (الدائرة المتكاملة المصممة خصيصًا). والأساس التصنيعي الرئيسي لذلك هو تقنية السيليكون فوتونكس الناضجة لدى TSMC وقدرتها على تكديس SoIC 3D.

ضمن هذا التصميم، تتمثل نقطة التنافس في تكديس وربط (كيّ/لحام) الدوائر المتكاملة للفوتونات (PIC) والدوائر المتكاملة للإلكترونيات (EIC)، ودمجها مع تغليف المبدل. وفي هذه المرحلة، لا تُعد HBM مكوِّنًا ضروريًا.

على النقيض، يستهدف مخطط طريق “حل CPO الجاهز (Turnkey) من سامسونج” الوصول إلى عام 2029. وإذا ما قورن ذلك بحجم الشحن لدى CPO الخاصة بالمبدلات والتحقق من العملاء ضمن المعايير الحالية، فإن سامسونج لم تُبنِ بعد إيقاعًا تجاريًا متوافقًا مع تايوان لصناعة أشباه الموصلات.

قلق استهلاك الطاقة يدفع محرك الفوتونات نحو الاقتراب من شرائح الحوسبة

السبب وراء انتقال I/O البصري من اللوحات التقليدية (Board-level) إلى داخل التغليف يتمثل في الدافع الأهم: استهلاك الطاقة.

تُظهر مواد العرض التي قدمتها شركة سامسونج لصناعة الرقائق بالتعاقد (Foundry) تحضيرًا لـ OECC 2026 سلمًا حاسمًا:

• عند نشر وحدات ضوئية قابلة للتبديل على مستوى اللوحة (Board-level)، يكون استهلاك الطاقة لكل بت تقريبًا 10pJ؛
• عند وضع محرك بصري على الركيزة (Substrate) بالقرب من المبدل، ينخفض الاستهلاك إلى نحو 5pJ؛
• وإذا تعمق I/O البصري أكثر إلى الوسيط (Interposer) قرب XPU، فيمكن خفض الاستهلاك بشكل كبير إلى حوالي 2pJ.

تتمثل المنطق الأساسي لهذا التحول في “تقليص مسافة نقل الإشارة الكهربائية”. كلما اقترب محرك الفوتونات من شريحة الحوسبة، قصر المسار الكهربائي، وبالتالي قلّت الحاجة إلى ضبط الإشارة لتعويض خسائر التوصيلات والكوونكتورات على مستوى اللوحة.

وبالتالي، يصبح التغليف المتقدم حلقة حاسمة لتحويل “ميزة استهلاك الطاقة المادي” إلى “ميزة منتج تجاري”. وهذا لا يعني أن CPO ستقضي فورًا على الوحدات القابلة للتبديل؛ إذ ستتعايشان على المدى الطويل ضمن قيود مسافات النقل وميزانيات القدرة المختلفة.

لكن تنبؤات سامسونج تكشف الاتجاه: بمعدل نمو سنوي يتجاوز 25% لسوق الوحدات القابلة للتبديل، بينما يبلغ معدل نمو سوق CPO 150% أو أكثر. تتدفق الأموال والموارد البحثية والتطويرية بشكل محموم نحو معماريات ضوئية عالية التكامل.

معمارتان لـ CPO والمنافسة “غير المتزامنة” بين سامسونج وTSMC

إن خلط “CPO الموجه للمبدلات” مع “I/O بصري XPU-HBM” يقلل كثيرًا من تعقيد المنافسة في المرحلة التالية. في الواقع، هما معماريتان مختلفتان تمامًا:

الأولى هي “CPO الموجهة للمبدلات” السائدة حاليًا. يتم وضع محرك الفوتونات بجوار ASIC الخاص بالمبدل، وتشمل منتجات Broadcom وNVIDIA ضمن هذا النمط. يعالج هذا النمط مشاكل استهلاك الطاقة وسلامة الإشارة في سيناريوهات التبادل عالية النطاق. وتكمن الحصانة لدى TSMC في تقنية السيليكون فوتونكس والربط/التكديس المتقدم ودمجها مع تغليف المبدل.

أما الثانية فهي تغليف I/O بصري موجَّه لـ “نظام XPU-HBM”. يتمثل تصميمه في تكوين XPU (أو GPU) وHBM ومحرك فوتونات ضوئية يتضمن PIC وEIC على الوسيط (Interposer) معًا. عندها، لم يعد I/O البصري مجرد مكوّن طرفي لمبدل، بل يصبح جزءًا حقيقيًا من “تغليف الحوسبة”.

استهدفت الإدارة العليا في سامسونج مؤخرًا تغليف 2.xD المتقدم بهذا الاتجاه تحديدًا. تخطط هذه الخطة لدمج HBM والشرائح المنطقية وشريحة السيليكون فوتونكس داخل نفس التغليف، وتوسيع قدرات التغليف على مستوى النظام عبر طبقات إعادة التوجيه على مستوى اللوحة (RDL) في الوسيط لمعالجة احتياجات مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي من التدفق الهائل للعرض النطاق الترددي.

ومن منظور المستثمرين، فإن منطق المنافسة بين هاتين المعماريتين مختلف تمامًا: الأول يختبر عمليات التصنيع والتغليف لمكوّن واحد؛ بينما الثاني يفرض أن يتم إجراء تحسين عميق مشترك “في مرحلة التصميم الأولى” بين الحوسبة والذاكرة والضوئيات والتغليف.

ورقة سامسونج الرابحة وقيود “مردود الشرائح المتعددة”

قد تتمثل أكبر ميزة تفاضلية لدى سامسونج في “الثلاثية” على مستوى أعمالها، إذ تمتلك في الوقت ذاته HBM وعمليات تصنيع الشرائح المنطقية ومنصة سيليكون فوتونكس.

ورغم أن TSMC تمتلك تصنيعًا تعاقديًا رائدًا للمنطق وتقنية سيليكون فوتونكس وقدرات تغليف CoWoS، فإنها لا تنتج HBM نفسها.

أما سامسونج فقد أصبحت قادرة على ربط HBM بإمكانات تصنيعها عبر أساس SF4 bare die (شرائح عارية أساسية) وبناء منصة سيليكون فوتونكس الخاصة بها. وهذا يعني نظريًا أن سامسونج يمكنها إنجاز التصميم التكاملي لواجهات HBM وI/O المنطقي ومحرك الفوتونات والدارة/إدارة الحرارة داخلها دون الاعتماد على مزودي الذاكرة الخارجيين.

يواجه تغليف 2.xD اختبارًا شديد القسوة فيما يتعلق بـ “مردود الشرائح المتعددة”. عندما يتم حشر شريحة المنطق وHBM وPIC وEIC والوسيط ضمن تغليف واحد، فإن فشل أي مكوّن سيؤدي إلى إهدار كامل هذا التغليف المكلف.

إن زيادة عدد الشرائح، وتوسيع مساحة التغليف، وارتفاع تعقيد الربط، تعمل على مضاعفة ضغط المردود والمخاطر المتعلقة بالتكلفة.

وفي الوقت ذاته، لا يظل الخصم مكتوف الأيدي. تعمل TSMC على دفع تكامل COUPE مع تغليف CoWoS، عبر الاستفادة من منظومة خارجية ناضجة للوصول إلى HBM.

ومن جهة أخرى، يقوم عملاق الذاكرة SK hynix بتعزيز قدرات التغليف المتقدم بسرعة؛ إذ إن مصنع التغليف المتقدم الذي تستثمر فيه 3,870,000,000 دولار في ولاية إنديانا الأمريكية من المقرر أن يدخل الإنتاج في عام 2028، وقد أدرجت CPO ضمن خريطة التطوير التقني لتغليف أنظمة الذاكرة.

يصبح التعاون عبر حدود التخصصات بين الضوئيات والذاكرة والتغليف نقطة تركيز مشتركة في سلاسل القيمة لدى كامل الصناعة.

الطلبات هي معيار اختبار النصر الوحيد

فازت TSMC بالجولة الأولى من CPO الموجه للمبدلات، وتعتمد ميزتها على عينات عملاء حقيقية، وتقدم شحن المنتجات، ومراحل الإنتاج الكمي.

في المقابل، تراهن سامسونج على المعركة التالية: محاولة استغلال قدرتها على التكامل الرأسي في HBM والمنطق والسيليكون فوتونكس لتحقيق قفزة نوعية في مجال تغليف الحوسبة ضمن الذكاء الاصطناعي.

لكن ينبغي ألا يعامل السوق “خارطة الطريق التقنية” باعتبارها “حصانة تجارية”.

خلال الأشهر الـ12 المقبلة، لا توجد سوى إشارة واحدة تستحق المتابعة عن كثب من قبل القطاع: هل ستظهر في السوق طلبية تصميم من عميل مُسمّى، تطلب صراحةً ربط HBM والشرائح المنطقية وI/O البصري داخل نفس التغليف وتسليم تصنيع ذلك لدى سامسونج؟

إذا تحققت هذه الطلبية، ستتحول “الثلاثية” لدى سامسونج من أصول على الورق إلى أداة تجارية فعلية.

وإن تأخرت جدولة التنفيذ دون تحقق، فستبقى المسارات المرنة التي تبنيها TSMC بالاعتماد على عملياتها المتقدمة ومنظومة HBM الخارجية هي الخيار الأكثر أمانًا لعمالقة الذكاء الاصطناعي.

تنبيه بشأن المخاطر وإخلاء المسؤولية

        يوجد مخاطر في السوق، ويُرجى توخي الحذر عند الاستثمار. لا يشكّل هذا المقال توصية استثمارية شخصية، ولم يأخذ في الاعتبار الأهداف الاستثمارية الخاصة أو الوضع المالي لدى أي مستخدم بعينه أو احتياجاته. ينبغي على المستخدم تقييم ما إذا كانت أي آراء أو وجهات نظر أو استنتاجات واردة في هذا المقال تتوافق مع وضعه الخاص. وعليه، يتحمل المستثمر المسؤولية عن أي قرار استثماري بناءً على ذلك.