CPO: TSMC، Intel، Samsung، GlobalFoundries تتسابق لـ 12.8 Tbps

مقدمة تحليلية

بحلول عام 2026، أصبحت متطلبات مجموعات الذكاء الاصطناعي الضاغطة تدفع الاتصالات البصرية إلى الواجهة، محولةً إياها من حلول "scale-out" إلى ضرورة لروابط "scale-up" داخل الأنظمة. هذا التحول ليس اختيارياً؛ فمع وصول سرعات الإشارة الكهربائية إلى 200 جيجابت/ثانية – 400 جيجابت/ثانية لكل مسار، تنهار الكفاءة بشكل حتمي. تتصارع أربع شركات رائدة في مجال المسابك – TSMC، وIntel، وSamsung Foundry، وGlobalFoundries – لترسيخ هيمنتها في مجال البصريات المعبأة المشتركة (CPO)، وهي التقنية التي تنقل محركات الإشارة الضوئية إلى أقرب نقطة ممكنة من وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسوميات. كل من هذه الشركات تتبنى استراتيجية متباينة، تعكس قدراتها التقنية ومواقعها السوقية، لكن الهدف واحد: تخفيض استهلاك الطاقة وزيادة كثافة عرض النطاق الترددي للتعامل مع الزيادة الهائلة المطلوبة في سعة الاتصال لآلاف المسرعات في مراكز البيانات.

هذا السباق حاسم لتحديد مستقبل البنية التحتية للذكاء الاصطناعي، حيث لا تفي الروابط الكهربائية التقليدية بمتطلبات التوسع.

التحليل التقني

تُمثل البصريات المعبأة المشتركة (CPO) استجابة مباشرة لفشل التوصيلات الكهربائية في مواكبة نمو معالجات الذكاء الاصطناعي. فلتلبية الحاجة إلى نطاق ترددي هائل لآلاف المسرعات ضمن مركز بيانات، تتجاوز سرعات الإشارة الكهربائية 200 جيجابت/ثانية - 400 جيجابت/ثانية لكل مسار الحدود التشغيلية بكفاءة، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الإشارة واستهلاك الطاقة. تنقل تقنية CPO المحركات البصرية مباشرةً إلى جوار المعالج أو شريحة ASIC، ما يختصر المسار الكهربائي، ويخفض استهلاك الطاقة لكل بت مُرسَل، ويزيد كثافة النطاق الترددي بشكل حاسم.

مقارنات استراتيجية المسابك

• TSMC: محرك COUPE المتدرج. تعتمد TSMC على خارطة طريق من ثلاث مراحل لمحرك COUPE (Compact Universal Photonic Engine). تركز المرحلة الثانية، COUPE on substrate، على التكامل مع تقنية CoWoS للتعبئة المتقدمة وتوفير نطاق ترددي إجمالي يصل إلى 6.4 تيرابت/ثانية، بكفاءة طاقة مضاعفة و10 أضعاف زمن وصول أقل مقارنةً بالحلول القابلة للتوصيل. المرحلة الثالثة، COUPE on interposer، تهدف إلى دمج محرك بصري بسعة 12.8 تيرابت/ثانية مباشرةً في حزمة المعالج، متوقعاً كفاءة طاقة 5 أضعاف و20 ضعفاً أقل في زمن الوصول. يعتمد هذا على تطور محولات MRM:
  • 2026: 200 جيجابت/ثانية/مسار، 0.5 تيرابت/ثانية/مم.
  • 2029: 200 جيجابت/ثانية/مسار، 2 تيرابت/ثانية/مم (متعدد الأطوال الموجية).
  • 2030: 400 جيجابت/ثانية/مسار، 4 تيرابت/ثانية/مم (متعدد الأطوال الموجية).

  يمثل هذا تحسناً قدره 8 أضعاف في كثافة النطاق الترددي بين عامي 2026 و2030.

• Intel: OCI لمعالجات الحوسبة. تركز Intel على شريحة OCI (Optical Compute Interconnect) الخاصة بها، وهي وحدة I/O بصرية ذاتية الاحتواء (EIC وPIC) تتصل بأي جهاز حوسبة عبر PCIe. في 2024، تم عرض نموذج أولي لـ OCI بـ 64 مسار PCIe 5.0 عند 32 جيجا نقلة/ثانية، مما يوفر 4 تيرابت/ثانية من النطاق الترددي البصري الثنائي الاتجاه عبر ثمانية أزواج ألياف لمسافة 100 متر. تستهدف Intel الجيل التالي من OCI سرعات 200G/مسار PICs لتطبيقات 800 جيجابت/ثانية و1.6 تيرابت/ثانية.
• Samsung Foundry: تغطية شاملة. تبدأ Samsung Foundry بمنصة PIC تجارية في 2026 بسرعة 100 جيجابت/ثانية (CWDM). في 2027، تقدم محركاً بصرياً مكدساً بتقنية TCB، يخفض استهلاك الطاقة من حوالي 10 بيكوجول/بت إلى 5 بيكوجول/بت.

  بحلول 2028، تخطط لدمج محركات CPO في شرائح ASIC للمحولات باستخدام HCB و10 ميكرومتر، مع رفع سرعات المسار البصري إلى 200 جيجابت/ثانية. في 2029، ستدمج المحرك البصري على مُوصل بيني بجوار المعالجات، وصولاً إلى 2 بيكوجول/بت تحت مسمى "CPO Turnkey".

• GlobalFoundries: SCALE المفتوحة. تتخصص GlobalFoundries كمزود CPO تجاري. منصتها SCALE (Silicon photonics Co-packaged Advanced Light Engine) تنتج EIC وPIC لإنشاء محركات بصرية متوافقة مع OCI MSA. تدعم SCALE حالياً نقل CWDM وDWDM باستخدام MRMs بسرعة 50 جيجابت/ثانية و100 جيجابت/ثانية، مما يوفر نطاقاً ترددياً نظرياً يصل إلى 1.6 تيرابت/ثانية لكل اتجاه عبر 16 مسار DWDM.

  تدعم تكامل 2.5D و3D بتباعدات تتراوح من 110 ميكرومتر إلى أقل من 45 ميكرومتر، متوافقة مع CoWoS-S وCoWoS-L.

السياق وتأثير السوق

يعد اعتماد CPO أمراً حتمياً مع تصاعد متطلبات الذكاء الاصطناعي. ففي حين كانت التوصيلات البصرية التقليدية القابلة للتوصيل (مثل OSFP) تخدم نطاقات تردد تصل إلى 1.6 تيرابت/ثانية، فإنها تفشل في تلبية الحاجة المتزايدة لكثافة عرض النطاق الترددي المنخفضة الاستهلاك للطاقة وزمن الوصول المنخفض داخل أنظمة الذكاء الاصطناعي الحديثة. كانت هذه الحلول تتطلب مسارات كهربائية أطول، مما يستهلك طاقة أعلى بشكل غير فعال عند سرعات تتجاوز 200 جيجابت/ثانية، ويؤدي إلى فقدان كبير في الإشارة.

تُظهر استراتيجيات المسابك الأربع تباينات جذرية في كيفية مواجهة هذه الضرورة:

• TSMC: تضع نفسها كمركز ثقل بصري، بالاعتماد على نظامها البيئي الواسع وCOUPE. من خلال دمج COUPE مع تقنيات التعبئة المتقدمة مثل CoWoS، تستهدف TSMC تقديم حلول 6.4 تيرابت/ثانية و12.8 تيرابت/ثانية لعملاء مثل NVIDIA، مما يعمق اعتمادهم على منصتها المتكاملة، ويحصر خياراتهم في مسار TSMC.
• Intel: يثير تركيزها على شريحة OCI لتطبيقات الحوسبة (وحدات المعالجة المركزية، وحدات معالجة الرسوميات، المسرعات) دون استهداف المحولات تساؤلات حول استراتيجيتها الشاملة. فبينما تسمح OCI بالمرونة، فإن إغفال المحولات قد يحد من قدرتها على المنافسة الشاملة ضد حلول مثل COUPE من TSMC التي تستهدف كلاً من المحولات والمعالجات، ويجعلها تعتمد على شركاء آخرين لتكامل المحولات.
• Samsung Foundry: تسعى إلى نهج شامل من منصات PIC التجارية (100 جيجابت/ثانية في 2026) إلى CPO متكاملة مع الليزر (2030)، لكن نقص التفاصيل العامة يترك الكثير للتخمين. بينما تستهدف نطاقاً ترددياً يبلغ 200 جيجابت/ثانية و400 جيجابت/ثانية في المراحل اللاحقة، فإنها تواجه تحدياً في إثبات قدرتها التنافسية ضد اللاعبين الأكثر شفافية مثل TSMC.
• GlobalFoundries: تتبنى نموذجاً محايداً للبائعين مع منصة SCALE، مما يسمح للعملاء بتخصيص المحركات البصرية التي تنتجها، وتتجنب المنافسة المباشرة مع عمالقة أشباه الموصلات. هذا يضعها كمورد أساسي للمكونات، لا كمنشئ نظام متكامل، مما قد يوفر مرونة أكبر لشركات تصميم الرقائق التي لا ترغب في الارتباط بمنصات مغلقة.

التحول نحو CPO ليس مجرد ترقية، بل إعادة تعريف لهندسة مراكز البيانات، وسيكافئ أولئك القادرين على دمج الكفاءة والسرعة بأقل قدر من التعقيد.

رؤية Glitch4Techs

إن السباق نحو البصريات المعبأة المشتركة (CPO) ليس مجرد تطور، بل هو إقرار بفشل التوصيلات الكهربائية في مواجهة متطلبات الذكاء الاصطناعي. الواقع أن الرهان الأكبر هنا ليس على التقنية في حد ذاتها، بل على القدرة على تسويقها ودمجها بفعالية.

TSMC تبرز كأقوى لاعب بفارق كبير، ليس فقط لأن خارطة طريقها (COUPE on interposer) تعد بـ 12.8 تيرابت/ثانية وكفاءة طاقة 5 أضعاف و20 ضعفاً أقل في زمن الوصول بحلول عام 2030، بل لأنها تستطيع فرض حلولها المتكاملة على أكبر عملائها مثل NVIDIA، الذين يخططون بالفعل لاستراتيجياتهم حول تطور COUPE. هذا يمنحها ميزة الاحتكار الفعلي لمسارات الابتكار للعملاء الرئيسيين. في المقابل، يمثل تركيز Intel على وحدات الحوسبة فقط وإغفال المحولات (كما هو الحال في خارطة طريق OCI المعلنة) نقطة ضعف حرجة. فالاتصال البصري الفعال يتطلب نهجاً شاملاً يربط المعالجات والمحولات بسلاسة. تجاهل جزء أساسي من البنية التحتية يحد من جاذبية OCI كنظام بيئي متكامل، ويجعل Intel متأخرة خطوة عن المنافسين الذين يتبنون رؤية أكثر شمولية. هذا القرار الاستراتيجي سيفرض على Intel الاعتماد على حلول طرف ثالث للمحولات، مما يزيد من التعقيد وتكاليف الدمج، ويحد من قدرتها على تقديم حزمة CPO متكاملة تنافس COUPE من TSMC في الأنظمة الكبرى.