O que é a narrativa de luz entrando e cobre saindo: a Intel EMIB venceu a TSMC na tecnologia de interconexão óptica para IA?

A computação de IA desencadeou uma tendência de luz substituindo cobre, com analistas indicando que o encapsulamento EMIB da Intel possui vantagens na taxa de rendimento e na dissipação de calor em relação ao CoWoS da TSMC na integração óptica de encapsulamento (CPO).

À medida que a demanda por computação de IA explode, o gargalo na transmissão de dados nos centros de dados está se estendendo do próprio chip para a arquitetura de encapsulamento e interconexão. A óptica de encapsulamento conjunto (CPO) é vista como o próximo ponto de revolução na infraestrutura fundamental, mas quem conseguir resolver primeiro os três desafios de rendimento, dissipação de calor e alinhamento de fibra óptica será o vencedor nesta competição. Recentemente, o analista de semicondutores Bubble Boi destacou que a tecnologia de encapsulamento EMIB da Intel tem vantagens, afirmando que o CoWoS da TSMC enfrenta gargalos na integração de CPO, o que gerou debate na comunidade.

（Quando a pilha de memória atingir o limite: como a "interconexão óptica" pode tornar o empacotamento GPU–HBM uma nova preferência?）

Por que os cabos de cobre não suportam a era da IA na transmissão de dados?

Na arquitetura atual de centros de dados de IA, a escala de clusters de GPU está crescendo continuamente, dependendo de transmissões de alta largura de banda e baixa latência entre múltiplas GPUs, entre GPU e memória de alta largura de banda (HBM), e entre racks de servidores. No entanto, cabos de cobre tradicionais e sinais elétricos estão se aproximando do limite físico devido ao enorme fluxo de dados e às demandas de consumo de energia.

De acordo com um relatório da Goldman Sachs, o mercado de comunicações ópticas deve crescer de aproximadamente 15 bilhões de dólares em 2026 para 154 bilhões de dólares até 2028, um crescimento potencial de dez vezes. Essa onda de "luz substituindo cobre" tem como solução central a óptica de encapsulamento conjunto (CPO, Co-Packaged Optics): integrar diretamente o motor óptico no encapsulamento do chip, substituindo sinais elétricos por sinais ópticos, reduzindo drasticamente o caminho de transmissão e o consumo de energia.

（Goldman Sachs aponta que a comunicação óptica se tornará o próximo mercado de infraestrutura de IA de centenas de bilhões de dólares, beneficiando TSMC, AlphaWave e PanQuen）

Em termos de consumo de energia, essa diferença é bastante significativa. Os módulos ópticos tradicionais de painel frontal (FPP) consomem cerca de 20 picojoules por bit (pJ/bit); enquanto a arquitetura CPO teoricamente pode reduzir esse valor para abaixo de 5 pJ/bit, economizando mais de 70%.

Desafios centrais do CPO: dissipação de calor e rendimento

Bubble Boi afirma que, para a produção em massa da tecnologia CPO, o maior desafio não é a física básica de transmitir luz por guias de onda, mas sim a gestão térmica na embalagem e a taxa de rendimento na fabricação.

Atualmente, a solução de encapsulamento dominante na indústria é o CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) da TSMC, que integra todos os chips em uma grande camada intermediária de silício. Essa arquitetura enfrenta limitações fundamentais de escalabilidade: cada camada intermediária de silício é limitada pelo tamanho do retículo de máscara (reticle). Embora a TSMC tenha lançado versões derivadas como CoWoS-S, CoWoS-R e CoWoS-L, cada adição de um chip ou empilhamento de HBM aumenta proporcionalmente a taxa de defeitos do encapsulamento. Se qualquer chip apresentar problema, o encapsulamento de dezenas de milhares de dólares deve ser descartado, e a taxa de rendimento cai rapidamente após uma área equivalente a cerca de 5,5 retículas.

Mais complicado ainda, os motores fotônicos são extremamente sensíveis à temperatura, enquanto GPUs de alto desempenho ou ASICs de switches geram calor intenso durante a operação. Integrar motores fotônicos na mesma placa de encapsulamento sem comprometer a taxa de rendimento ou a dissipação de calor é o verdadeiro gargalo para a produção em massa de CPO atualmente.

Vantagem do EMIB da Intel: resolver parcialmente os problemas localmente

Bubble Boi acredita que, ao contrário do método da TSMC, que usa uma camada intermediária grande e integrada, a abordagem EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) da Intel adota uma lógica de design completamente diferente.

O EMIB substitui toda a camada intermediária grande por uma ponte de silício extremamente pequena, que realiza acoplamento preciso apenas em regiões locais de alta densidade de conexão, concentrando o processamento de partes de alta geração de calor e complexidade, enquanto mantém o restante com menor risco. Essa estratégia de "focar nos problemas mais difíceis localmente" mostra uma vantagem clara na taxa de rendimento: a avaliação da indústria é que o encapsulamento EMIB pode alcançar uma taxa de rendimento superior a 95%, suportando uma escala de encapsulamento equivalente a cerca de 12 retículas, muito superior ao desempenho do CoWoS na mesma dimensão.

Na área de tecnologia de fotônica de silício, a Intel tem mais de 25 anos de experiência e, em 2024, demonstrou um chip óptico de entrada (Optical I/O Chiplet) com EMIB, capaz de atingir uma taxa de transmissão bidirecional de 2 Tbps, com consumo de apenas cerca de 5 pJ/bit, além de ter concluído testes de confiabilidade e acoplamento de fibra óptica compatíveis com o padrão JEDEC.

Entre os processos críticos estão o alinhamento de fibra óptica e os testes de confiabilidade, que ainda são áreas de exploração para muitos concorrentes de CPO, sendo os principais obstáculos entre a demonstração e a produção em massa.

O que a capacidade de iteração da TSMC, com sua solução COUPE, pode fazer para liderar a corrida?

É importante notar que Bubble Boi é uma figura de destaque na Intel, portanto, a visão de que "o mercado de CPO será dominado pela Intel" é uma conclusão precipitada, subestimando os recursos e a capacidade de inovação do ecossistema da TSMC.

A plataforma COUPE da TSMC, usando a tecnologia de empilhamento de chips SoIC-X, planeja integrar chips eletrônicos diretamente sobre chips fotônicos na embalagem avançada CoWoS até 2026, formando uma arquitetura completa de CPO. Isso significa que a comunicação óptica poderá passar de um meio de transmissão entre servidores para uma camada de encapsulamento de chip. Além disso, a TSMC também está estudando tecnologias de próxima geração, como substratos de vidro (CoPoS) e soldagem híbrida (Hybrid Bonding), para superar as limitações físicas das camadas intermediárias de silício.

O switch Tomahawk 5 Bailly da Broadcom, com CPO, já começou a ser entregue a clientes iniciais, suportando velocidades de 51,2 Tbps, com produção em maior escala prevista para 2026. Tudo isso mostra que a comercialização do CPO não é apenas uma questão técnica, mas também uma disputa de capacidade de produção em larga escala.

NPO como a melhor solução de transição atual, enquanto a popularização do CPO deve ocorrer após 2028

Para entender o cenário competitivo do CPO, é preciso distinguir outro conceito-chave: a óptica próxima ao encapsulamento (NPO, Near-Package Optics).

Fonte da imagem: Roteiro de evolução da tecnologia de encapsulamento óptico da Alphawave SEMI: de módulos ópticos plugáveis (Pluggable Optics), óptica de placa / próxima ao encapsulamento (OBO / NPO), integração de óptica de encapsulamento 2.5D (2.5D CPO), empacotamento 3D (3D CPO) até a integração completa de fontes de laser (Laser Integrado).

A diferença entre NPO e CPO está no grau de integração: enquanto o CPO integra o motor óptico diretamente no chip, o NPO posiciona o motor óptico muito próximo ao encapsulamento, usando uma ponte elétrica curta para conexão, sacrificando um pouco de desempenho em troca de maior isolamento térmico e melhor taxa de rendimento. Grandes provedores de nuvem como Google atualmente adotam a solução NPO, usando simultaneamente as tecnologias de Intel EMIB e TSMC CoWoS.

No mercado atual, as três soluções de centros de dados — Optics Plug-in, NPO e CPO — coexistirão. A previsão geral é que o CPO substitua amplamente as soluções tradicionais de plug-in apenas entre 2028 e 2030, com o NPO ainda sendo a principal solução de transição neste período.

Quais ações na cadeia de suprimentos de Taiwan podem aproveitar essa onda de interconexão óptica?

Essa onda de interconexão óptica traz oportunidades em múltiplos níveis para a cadeia de suprimentos de semicondutores de Taiwan. A plataforma COUPE da TSMC é a tecnologia central mais destacada; a Unimicron (3363) já foi incorporada ao ecossistema de fotônica de silício na área de unidades de matriz de fibra óptica (FAU), com especificações avançando para 1,6T e até 3,2T; a PanQuen (6830) foca em mercado de detecção e teste de perdas ópticas em silício fotônico e CPO, atendendo a serviços, equipamentos e licenças.

Além disso, empresas como ZDT (2345), que atua em equipamentos de rede e está entrando na área de CPO, a InnoLight (6451), especializada em módulos de transmissão óptica, e a Unisoc (3081), com foco em componentes de comunicação óptica, são consideradas potenciais beneficiárias. A líder em empacotamento avançado, ASE, com vasta experiência em CoWoS, também tem potencial para se posicionar.

Embora o EMIB da Intel ofereça vantagens reais e quantificáveis na integração de CPO, especialmente na taxa de rendimento, dissipação de calor e testes de confiabilidade de fibra, o resultado dessa competição provavelmente não será uma disputa de soma zero: a Intel ocupará uma posição importante em soluções de alta ponta, enquanto o ecossistema da TSMC poderá manter sua participação de mercado graças ao seu tamanho e relacionamento com clientes.

A tendência de luz substituindo cobre é inevitável, mas quem conseguir liderar em dissipação de calor, rendimento e execução de produção será o verdadeiro fator determinante para o sucesso desta revolução tecnológica.

• Este artigo foi reproduzido com permissão de: 《Link News》
• Título original: 《Analisando a narrativa "luz substituindo cobre": a Intel EMIB venceu a TSMC na tecnologia de interconexão óptica de IA?》
• Autor original: Crumax