¿Qué es la narrativa de "la luz entra, el cobre sale"? ¿Intel EMIB ha superado a TSMC en tecnología de interconexión óptica para IA?

El cálculo de IA ha provocado una tendencia de luz en retirada del cobre, los analistas señalan que el encapsulado EMIB de Intel tiene ventajas en la tasa de rendimiento y disipación de calor en la encapsulación óptica conjunta (CPO), en comparación con CoWoS de TSMC.

A medida que la demanda de cálculo de IA crece exponencialmente, los cuellos de botella en la transmisión de datos en los centros de datos se extienden desde el propio chip hasta la arquitectura de empaquetado y conexión. La encapsulación óptica conjunta (CPO) se considera el próximo punto de revolución en infraestructura clave, sin embargo, quién pueda resolver primero los tres desafíos de rendimiento, disipación de calor y alineación de fibra óptica, también será la clave del éxito en esta competencia. Recientemente, el analista de semiconductores Bubble Boi destacó que la tecnología de encapsulado EMIB de Intel tiene ventajas, afirmando que CoWoS de TSMC enfrenta cuellos de botella en la integración de CPO, lo que ha generado debate en la comunidad.

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¿Por qué el "cobre" no puede soportar la transmisión de datos en la era de IA?

En la arquitectura actual de centros de datos de IA, la escala de los clústeres de GPU continúa expandiéndose, confiando en la transmisión de datos de alta banda ancha y baja latencia entre múltiples GPU, entre GPU y memoria de alta banda ancha (HBM), y entre racks de servidores. Sin embargo, los cables de cobre tradicionales y la transmisión de señales eléctricas están llegando a límites físicos debido al enorme flujo de datos y las demandas de consumo energético.

Según un informe de Goldman Sachs, se estima que el mercado de comunicaciones ópticas crecerá de aproximadamente 15 mil millones de dólares en 2026 a 154 mil millones en 2028, con un crecimiento potencial de diez veces. Esta ola de "luz en retirada del cobre" tiene como solución central la óptica empaquetada conjunta (CPO, Co-Packaged Optics): integrar directamente el motor óptico en el encapsulado del chip, reemplazando la señal eléctrica por señal óptica, acortando significativamente la ruta de transmisión y reduciendo el consumo de energía.

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En términos de consumo energético, la diferencia es significativa. Los módulos ópticos tradicionales de inserción frontal (FPP) consumen aproximadamente 20 picojulios (pJ/bit) por bit; en cambio, la arquitectura CPO puede teóricamente reducir este número a menos de 5 pJ/bit, logrando una reducción de más del 70% en consumo de energía.

El núcleo del desafío de la CPO: disipación de calor y rendimiento

Bubble Boi sostiene que, para que la tecnología CPO pueda producirse en masa, el mayor desafío no es la física básica de "transmitir luz en un guía de ondas", sino la gestión térmica en el encapsulado y la tasa de rendimiento de fabricación.

Actualmente, la solución de encapsulado dominante en la industria es CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) de TSMC, que integra todos los chips en una gran capa intermedia de silicio. Sin embargo, esta arquitectura enfrenta limitaciones fundamentales en escalabilidad: cada capa intermedia de silicio está limitada por el tamaño máximo del retículo de máscara (reticle). Aunque TSMC ha lanzado versiones derivadas como CoWoS-S, CoWoS-R y CoWoS-L para abordar esto, agregar más chips o apilamientos HBM aumenta proporcionalmente la tasa de defectos en el encapsulado. Si alguna de las piezas presenta problemas, el encapsulado de miles de dólares debe ser descartado, y la tasa de rendimiento cae rápidamente cuando el área equivalente a aproximadamente 5.5 retículas de máscara se supera.

Más difícil aún, los fotones son extremadamente sensibles a la temperatura, y los GPU de alto rendimiento o ASICs de conmutación generan calor muy intenso durante su operación. La integración de fotones en la misma placa de encapsulado sin que la tasa de rendimiento colapse o el calor se descontrole, es el verdadero cuello de botella para la producción en masa de CPO.

Ventajas de Intel EMIB: resolver parcialmente los problemas complejos localmente

Bubble Boi cree que, a diferencia del enfoque de TSMC basado en una capa intermedia grande e integrada, la lógica de diseño de Intel EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) es completamente diferente.

EMIB reemplaza toda una capa intermedia grande con un pequeño puente de silicio, que se usa solo en áreas locales donde se requiere una conexión de alta densidad, concentrando la gestión de las áreas de alta generación de calor y complejidad, mientras que el resto mantiene un riesgo menor. Esta estrategia de "localización de los problemas más difíciles" muestra ventajas claras en la tasa de rendimiento: la industria estima que el encapsulado EMIB puede alcanzar más del 95% de rendimiento, soportando escalas equivalentes a unos 12 retículas de máscara, mucho mejor que CoWoS en dimensiones similares.

En cuanto a la acumulación de tecnología fotónica, Intel ha invertido más de 25 años en este campo y en 2024 mostró un chip óptico (Optical I/O Chiplet) con EMIB, capaz de alcanzar tasas de transmisión bidireccionales de 2 Tbps, con un consumo de solo 5 pJ/bit, y ya ha completado pruebas de unión de fibra óptica y fiabilidad según estándares JEDEC.

Entre ellas, la alineación de fibra óptica y las pruebas de fiabilidad son áreas en las que muchos competidores de CPO aún están explorando, y son las barreras tecnológicas más críticas entre la demostración y la producción en masa.

¿Puede la capacidad de iteración de TSMC y la solución COUPE adelantarse en esta carrera?

Cabe decir que Bubble Boi es en realidad uno de los principales de Intel, por lo que considerar que "el mercado de CPO será dominado por Intel" es una conclusión prematura, y subestimar claramente los recursos y la capacidad de iteración del ecosistema de TSMC.

La plataforma COUPE de TSMC, mediante la tecnología de apilamiento de chips SoIC-X, planea integrar chips electrónicos directamente sobre chips fotónicos en 2026, formando una arquitectura completa de CPO en encapsulados CoWoS avanzados. Esto significa que la comunicación óptica podría pasar de ser un medio de transmisión entre servidores a integrarse directamente en el nivel de encapsulado del chip. Además, TSMC también investiga tecnologías de próxima generación como sustratos de vidrio (CoPoS) y unión híbrida (Hybrid Bonding) para superar las limitaciones físicas de las capas intermedias de silicio.

El conmutador Tomahawk 5 Bailly de Broadcom, con soporte para 51.2 Tbps, ya ha comenzado a enviar productos a clientes tempranos y entrará en producción a mayor escala en 2026. Todo esto demuestra que la comercialización de CPO ya no es solo una competencia técnica, sino también una lucha por la capacidad de producción en masa.

NPO como la mejor solución de transición actual, y la adopción generalizada de CPO post 2028

Para entender la competencia en CPO, también es importante distinguir otro concepto clave: la óptica cercana al paquete (NPO, Near-Package Optics).

Fuente de la imagen: Hoja de ruta de evolución de la tecnología de empaquetado óptico de Alphawave SEMI: desde módulos ópticos insertables (Pluggable Optics), óptica en placa / óptica cercana al paquete (OBO / NPO), integración de óptica conjunta 2.5D (2.5D CPO), empaquetado 3D (3D CPO) hasta integración completa de fuentes láser (Laser Integrado).

La diferencia entre NPO y CPO radica en el nivel de integración: CPO implica que el motor óptico está encapsulado directamente en el chip; NPO, en cambio, coloca el motor óptico muy cerca del encapsulado, conectándolo mediante un puente eléctrico de corto alcance, sacrificando un poco de rendimiento para obtener mejor aislamiento térmico y mayor tasa de rendimiento en fabricación. Los grandes proveedores de la nube como Google ya utilizan soluciones NPO, combinando ambas tecnologías de encapsulado, EMIB de Intel y CoWoS de TSMC.

Desde la situación actual del mercado, los tres enfoques en los centros de datos —Optics insertable, NPO y CPO— coexisten. Se estima que, para 2028-2030, CPO reemplazará en gran medida a los métodos tradicionales de inserción, pero NPO todavía se considera la solución principal de transición en el corto plazo.

¿Y qué acciones en el mercado de valores de la óptica? Oportunidades en la cadena de suministro de Taiwán

Esta ola de interconexión óptica trae oportunidades en múltiples niveles para la cadena de suministro de semiconductores en Taiwán. La plataforma COUPE de TSMC es la tecnología central más destacada; Unimicron (3363) ya ha sido incorporada en el ecosistema de fotónica de silicio en el área de unidades de matriz de fibra óptica (FAU), con especificaciones que avanzan a 1.6T y 3.2T; y Winbond (6830) se enfoca en detección y análisis de pérdidas ópticas en fotónica de silicio y CPO, ofreciendo servicios, equipos y licencias.

Además, empresas como Zyxel (2345), especializada en equipos de red y que busca activamente entrar en CPO, XinCheng (6451), que se centra en módulos de transmisión y recepción óptica, y LianYa (3081), con larga trayectoria en componentes de comunicaciones ópticas, también son considerados potenciales beneficiarios. El líder en empaquetado avanzado, ASE (3711), con años de experiencia en colaboración en CoWoS, también tiene posibilidades de posicionarse.

Aunque EMIB de Intel tiene ventajas reales y cuantificables en integración de CPO, especialmente en rendimiento de tasa, disipación térmica y fiabilidad de fibra óptica, el resultado de esta competencia probablemente no será un juego de suma cero: Intel mantiene una posición importante en soluciones de alta gama, mientras que el ecosistema de TSMC puede mantener su cuota de mercado gracias a su escala y relaciones con clientes.

La tendencia de "luz en retirada del cobre" es innegable, pero quién logre avanzar primero en disipación de calor, rendimiento y ejecución en masa será la verdadera variable que determine el rumbo de esta revolución tecnológica.

• Este artículo ha sido reproducido con autorización de: 《Chain News》
• Título original: 《Analizando la narrativa de "luz en retirada del cobre": ¿Intel EMIB ha superado a TSMC en tecnología de interconexión óptica para IA?》
• Autor original: Crumax