اليابان تتنافس على "عصر الرقائق الضوئية"

الملخص:

تمتد المنافسة التالية على القدرات لقوة حوسبة الذكاء الاصطناعي من وحدات معالجة الرسومات إلى شرائح السيليكون الضوئية. تعمل شركة Wafer Foundry Tower Semiconductor على توسيع طاقتها الإنتاجية لضوئيات السيليكون بقوة في اليابان. صرح الرئيس التنفيذي لشركة Tower Russell Ellwanger مؤخرًا أن مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي تقود النمو السريع في الطلب على رقائق السيليكون الضوئية وتحتاج الشركة إلى توسيع طاقتها الإنتاجية في أقرب وقت ممكن. ستصبح اليابان واحدة من أهم قواعد إنتاج أشباه الموصلات للاتصالات البصرية في العالم.

وفقًا لخطة تاور المعلنة مسبقًا، ستستثمر الشركة أكثر من 600 مليار ين، أو ما يقرب من 4 مليارات دولار أمريكي، في اليابان، مع التركيز على توسيع نطاق الضوئيات السيليكونية مقاس 300 ملم، وجرمانيوم السيليكون، وقدرات التغليف البصري المتقدمة. ومن بينها، تخطط الحكومة اليابانية لتقديم ما يصل إلى 160 مليار ين تقريبًا وحوالي 1 مليار دولار أمريكي كدعم.

بالنسبة لـ Tower، هذه ليست مجرد جولة عادية من التوسع الرائع، ولكنها أيضًا رهان طويل المدى في عصر مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، والوحدات الضوئية 800G/1.6T، وNPO وCPO.

1. يدفع الذكاء الاصطناعي ضوئيات السيليكون إلى دورة توسيع الإنتاج

لماذا يتعين على شركة تاور توسيع الإنتاج الآن؟

هناك سبب أساسي واحد فقط: الحاجة إلى نقل المزيد والمزيد من البيانات بين خوادم الذكاء الاصطناعي.

عندما تتوسع مجموعة الذكاء الاصطناعي من آلاف وحدات معالجة الرسومات إلى عشرات الآلاف أو حتى مئات الآلاف من وحدات معالجة الرسومات، فإن ما يحد حقًا من حجم قوة الحوسبة لم يعد مجرد وحدة معالجة الرسومات نفسها، ولكن أيضًا كيفية تبادل البيانات بسرعة عالية بين وحدات معالجة الرسومات. تواجه الوصلات النحاسية التقليدية ضغطًا متزايدًا من حيث المسافة وعرض النطاق الترددي وسلامة الإشارة واستهلاك الطاقة، وبالتالي بدأت الوصلات الضوئية في الاقتراب من الخوادم والرقائق.

تكمن قيمة تكنولوجيا الضوئيات السيليكونية في استخدام عمليات السيليكون الناضجة لتصنيع الأجهزة الضوئية مثل المعدِّلات، والكاشفات الضوئية، والأدلة الموجية، والعمل مع الرقائق الإلكترونية للسماح بنقل المزيد من البيانات عالية السرعة من خلال الإشارات الضوئية.

وهذا هو السبب في أن الوحدات الضوئية 1.6T، وضوئيات السيليكون، وNPO، وCPO، بعد 800G، أصبحت الكلمات الرئيسية لسلسلة صناعة مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.

وقال الرئيس التنفيذي لشركة تاور إلوانجر إن الطلب الحالي في السوق على رقائق السيليكون الضوئية مرتفع للغاية ويجب على الشركة زيادة الطاقة الإنتاجية في أسرع وقت ممكن.

△الرئيس التنفيذي لشركة تاور لأشباه الموصلات راسل إلوانجر

تُظهر المعلومات التي كشفت عنها شركة Tower أن أعمالها في مجال ضوئيات السيليكون قد دخلت مرحلة من النمو السريع. ولا تقوم الشركة بتأمين الطلبات المستقبلية فحسب، بل بدأت أيضًا في التخطيط للطاقة الإنتاجية في عام 2027 وحتى 2028 مقدمًا.

بعبارة أخرى، ما يتنافس عليه تاور الآن ليس طلبات الوحدات الضوئية اليوم، ولكن مدخل التصنيع إلى البنية التحتية للتوصيل البيني البصري للذكاء الاصطناعي في السنوات القليلة المقبلة.

2. لماذا يراهن برج على ضوء السيليكون؟

يختلف Tower عن TSMC وSamsung وIntel. إنها لا تركز على العمليات المنطقية لوحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU) الأكثر تقدمًا باعتبارها ساحة المعركة الرئيسية، ولكنها تركز على المدى الطويل على عمليات مسبك الرقاقات المتخصصة.

يغطي المشهد التكنولوجي للبرج ضوئيات السيليكون، وجرمانيوم السيليكون SiGe، والترددات الراديوية RF، وإدارة الطاقة، وأجهزة استشعار الصور، وغيرها من المجالات. وفي عصر الذكاء الاصطناعي، لا يبدو أن هذا يتبع مسار "2 نانومتر، 1.4 نانومتر"، ولكنه اكتسب فرصًا جديدة للنمو.

بالإضافة إلى وحدات معالجة الرسومات، تتطلب خوادم الذكاء الاصطناعي أيضًا عددًا كبيرًا من شرائح الشبكة عالية السرعة والوحدات الضوئية والرقائق الإلكترونية الضوئية والأجهزة التناظرية عالية السرعة.

وخاصة في مجال الضوئيات السيليكون، شكل البرج تراكمًا عميقًا للعملية.

تهدف PH18DA والمنصات الأخرى من Tower إلى تطبيقات الاتصالات البصرية عالية السرعة ويمكنها دمج أجهزة الليزر ومكبرات الصوت الضوئية والمعدلات وأجهزة الكشف الضوئي وغيرها من الأجهزة، مما يوفر أساسًا لتصنيع 800G و1.6T والجيل التالي من التوصيلات البينية الضوئية عالية السرعة.

وهذا ما يجعل لشركة Tower دورًا مميزًا للغاية في سلسلة صناعة الاتصالات البصرية ذات الذكاء الاصطناعي: فهي لا تنتج وحدات معالجة الرسومات، ولكنها قد تقوم بتصنيع شرائح السيليكون الضوئية الرئيسية اللازمة لتوصيل عدد كبير من وحدات معالجة الرسومات. <ص>3. رهان بـ 4 مليارات دولار على اليابان

يتجاوز حجم خطة توسعة الإنتاج الياباني لشركة تاور 600 مليار ين، أي ما يعادل 4 مليارات دولار أمريكي تقريبًا، ويتم الترويج لها بشكل أساسي عبر طريقين.

الطريق الأول هو استخدام Tower للتوسع بسرعة في الطاقة الإنتاجية لضوئيات السيليكون في مصانع الرقائق الحالية في اليابان.

تخطط شركة Tower لتحويل مصنع Arai الخاص بها في مدينة ميوكو بمحافظة نيغاتا، واستخدام موارد التصنيع ذات الصلة لضوئيات السيليكون 300 مم والإنتاج المتقدم المتعلق بالبصريات؛ وفي الوقت نفسه، ستعمل الشركة على زيادة القدرة التصنيعية لرقائق الويفر بقطر 300 ملم في Uozu Fab 7 في محافظة توياما.

تمتلك شركة Fab 7 حاليًا مؤسسة تصنيعية تتعلق بالسيليكون الجرمانيوم وضوئيات السيليكون. لذلك، يمكن لـ Tower إكمال إدخال المعدات والتحقق من العمليات وزيادة الإنتاج الضخم بشكل أسرع من بناء مصنع جديد للرقائق من الصفر.

ويتوقع تاور أن تصل هذه القدرة الجديدة إلى مرحلة الاستعداد للإنتاج الضخم في الربع الأخير من عام 2027.

الطريق الثاني أكثر جذرية.

تخطط تاور لمواصلة بناء مرافق تصنيع جديدة مقاس 300 ملم بالقرب من مصنع فاب 7 لزيادة الطاقة الإنتاجية لضوئيات السيليكون وجرمانيوم السيليكون. ومن المتوقع أن تساهم الطاقة الإنتاجية الجديدة بشكل كبير في إيرادات الشركة بدءًا من عام 2029 تقريبًا.

وفقًا لخطة تاور، بعد الانتهاء من المشاريع ذات الصلة، من المتوقع أن تصل الطاقة الإنتاجية المكافئة لرقائق الويفر اليابانية مقاس 300 مم إلى حوالي 45000 رقاقة شهريًا.

وهذا يعني أن اليابان ستصبح واحدة من أهم قواعد التصنيع لجولة تاور القادمة من التوسع في ضوئيات السيليكون. (كما هو موضح في الصورة - 2028)

وراء استثمارات تاور واسعة النطاق في اليابان تكمن استراتيجية الحكومة اليابانية الرامية إلى تعزيز إعادة بناء سلسلة توريد أشباه الموصلات.

تخطط وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية لتقديم دعم يصل إلى حوالي 160 مليار ين، أو حوالي 1 مليار دولار أمريكي، لمشروع البرج، مع التركيز على دعم قدرات تصنيع أشباه موصلات الاتصالات من الجيل التالي مثل ضوئيات السيليكون وجرمانيوم السيليكون.

دعمت الحكومة اليابانية مصنع كوماموتو التابع لشركة TSMC، ومشروع المنطق المتقدم Rapidus، وعددًا من مشاريع مواد أشباه الموصلات والمعدات والتعبئة والتغليف في السنوات الأخيرة. وقد استكملت قدرات تصنيع الضوئيات السيليكونية التي يمثلها Tower الربط البصري عالي السرعة القائم على الذكاء الاصطناعي.

وفقًا للترتيبات ذات الصلة، يحتاج البرج إلى تحمل مسؤوليات الإنتاج والتوريد على المدى الطويل. وفي حالة قلة إمدادات أشباه الموصلات، ستحصل السوق اليابانية أيضًا على ضمانات التوريد المقابلة.

لذلك، فإن هذا الدعم لا يقتصر فقط على "دعوة شركة تاور لبناء مصنع في اليابان".

إن ما تأمل اليابان حقًا في الحصول عليه هو عقدة تصنيع رئيسية يمكن أن تخدم مركز بيانات الذكاء الاصطناعي المستقبلي، والاتصالات البصرية، وصناعات التكامل الإلكتروني البصري. <ص>5. يتمتع تصميم برج اليابان أيضًا بميزة أخرى: الأشخاص الذين تخلت عنهم باناسونيك

اختار تاور اليابان لسبب آخر غالبًا ما يتم تجاهله، ألا وهو الموهبة.

دخلت شركة Tower اليابان في وقت مبكر من عام 2014 من خلال تأسيس TPSCo مع Panasonic واستحوذت على موارد تصنيع أشباه الموصلات التابعة لشركة Panasonic في منطقة Hokuriku.

على الرغم من خروج باناسونيك تدريجيًا من جزء من أعمال تصنيع أشباه الموصلات، فقد تم الاحتفاظ بعدد كبير من المهندسين والحرفيين والمؤسسات الصناعية من ذوي الخبرة في تصنيع الرقائق.

يعد هذا أمرًا مهمًا للغاية بالنسبة لتصنيع أشباه الموصلات.

لا يمكن للمصنع أن ينتج فقط عن طريق شراء المعدات. يتطلب تكامل العمليات وصيانة المعدات وتحسين الإنتاجية والتحكم في العيوب وخبرة الإنتاج الضخم تراكمًا طويل المدى.

لذلك، يستطيع Tower استخدام المصانع الحالية والبنية التحتية والفرق الهندسية وأنظمة سلسلة التوريد الحالية مباشرةً لتوسيع الإنتاج في اليابان، بدلاً من بناء قاعدة تصنيع جديدة من الصفر.

وهذا أيضًا سبب مهم وراء اختيار تاور لمواصلة التركيز بشكل كبير على اليابان. <ص>6. المعركة الحقيقية التالية: CPO

ومع ذلك، فإن المنافسة التي يواجهها البرج تتصاعد أيضًا.

في الماضي، كانت رقائق السيليكون الضوئية تُستخدم في الغالب في الوحدات الضوئية القابلة للتوصيل، ولكن مع استمرار زيادة عرض النطاق الترددي لرقائق تبديل الذكاء الاصطناعي، أصبحت الأجهزة الضوئية أقرب فأقرب إلى تبديل شرائح ASIC ورقائق الحوسبة.

لذلك بدأت الصناعة في الانتقال من الوحدات الضوئية التقليدية القابلة للتوصيل إلى NPO، ومن ثم إلى CPO.

CPO، البصريات المعبأة بشكل مشترك، البصريات المعبأة بشكل مشترك.

تتمثل الفكرة الأساسية في تحريك المحرك البصري بالقرب من شريحة التبديل وتقليل استهلاك الطاقة وفقدان الإشارة عن طريق تقصير مسافة نقل الإشارات الكهربائية عالية السرعة.

وهذا يعني أن المنافسة المستقبلية لضوئيات السيليكون لن تقتصر فقط على "من يمكنه إنتاج رقائق السيليكون الضوئية"، ولكنها ستشمل أيضًا من يمكنه دمج ضوئيات السيليكون والتعبئة المتقدمة وتبديل شرائح ASIC والشرائح الصغيرة والوصلات البينية عالية السرعة في النظام.

وتخطط شركات مسبك الرقاقات مثل TSMC، وTower، وGlobalFoundries، في هذا الاتجاه.

بالنسبة لشركة Tower، تتمثل إحدى المهام المهمة لتوسيع الإنتاج في اليابان في إعداد قدرات التصنيع مسبقًا للمرحلة التالية من منافسة CPO. <ص>7. قد يتعاون البرج مع شركة NTT اليابانية

تمتلك اليابان أيضًا بطاقة ضوئية مهمة من السيليكون - NTT.

مجموعة NTT ≈ مزيج من China Telecom + China Mobile + China Information Technology + كبار مقدمي خدمات تكنولوجيا المعلومات (على غرار Digital China/Huawei الحكومية والمؤسسات).

إذا نظرت فقط إلى الشبكة الثابتة + قاعدة الألياف الضوئية، فهي الأقرب إلى

China Telecom

China Mobile

تعمل شركة NTT على الترويج لخطة IOWN (الشبكة البصرية واللاسلكية المبتكرة) منذ فترة طويلة، على أمل استخدام تقنية التكامل الكهروضوئي لتقليل استهلاك الطاقة في مراكز البيانات وشبكات الاتصالات.

أحد الاتجاهات المهمة هو الحفاظ على انتقال "الضوء" إلى نظام الحوسبة.

من الاتصالات البصرية بين مراكز البيانات، إلى الخوادم، إلى الاتصالات البصرية على مستوى اللوحة وحتى بالقرب من الرقائق، أصبح التكامل الإلكتروني البصري طريقًا تقنيًا مهمًا لصناعة الاتصالات من الجيل التالي في اليابان.

لقد تعاونت بالفعل شركات مثل NTT Innovative Devices، وShin Kong Electric، وBroadcom، وAccton في مجال المحركات الضوئية، والركائز، وتبديل ASICs، وتكامل الأنظمة.

تتمكن شركة Tower من توفير أحد الروابط الرئيسية: ضوئيات السيليكون وتصنيع رقائق السيليكون والجرمانيوم.

إذا قام الجانبان بتعميق التعاون في المستقبل، فقد تشكل اليابان تدريجيًا ما يلي:

تصنيع رقائق السيليكون الضوئية ← المحرك البصري ← الركيزة المتقدمة ← CPO/NPO ← التبديل ← مركز بيانات الذكاء الاصطناعي

هذه سلسلة صناعية أكثر اكتمالا.

وقال إيلوانجر إن هناك احتمالًا عند الحديث عن تعاون محتمل مع NTT، لكن لم يتم الإعلان عن تفاصيل التعاون المحددة بعد. <ص>8. تتنافس اليابان على "عصر الرقائق الضوئية"

تخلفت اليابان كثيرًا عن TSMC وسامسونج في مجال التصنيع المنطقي المتقدم، لكن عصر الذكاء الاصطناعي أعطى اليابان نافذة لإعادة تنظيم صناعة أشباه الموصلات.

هذه النافذة ليست بالضرورة 2 نانومتر فقط.

من المرجح أيضًا أن تصبح ضوئيات السيليكون، وجرمانيوم السيليكون، والتعبئة المتقدمة، والتكامل الإلكتروني البصري، وCPO، والوحدات الضوئية عالية السرعة اتجاهات نمو مهمة لصناعة أشباه الموصلات في العقد المقبل.

استثمرت شركة Tower مبلغ 4 مليارات دولار أمريكي لتوسيع الإنتاج في اليابان، لذا فإن الأمر يستحق الفهم في سياق صناعي أكبر.

من ناحية، يحتاج البرج إلى قدر كبير من القدرة على إنتاج ضوئيات السيليكون لتلبية احتياجات مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي؛ ومن ناحية أخرى، تأمل اليابان في إعادة تأسيس قدرات تصنيع أشباه الموصلات الرئيسية. تحتاج شركة تاور إلى المهندسين اليابانيين وأساس التصنيع ودعم السياسات، بينما تحتاج اليابان إلى تكنولوجيا الضوئيات السيليكونية التي تقدمها شركة تاور والعملاء العالميين.

تتلاقى مصالح الطرفين في هذه المرحلة من زمن التوصيل البيني البصري للذكاء الاصطناعي.

مع زيادة سرعة وحدات معالجة الرسومات وزيادة حجم مجموعات الذكاء الاصطناعي، ستصبح كيفية انتقال البيانات بين مئات الآلاف من الرقائق بمثابة عنق الزجاجة الجديد.

كان أحد أهم الأسئلة في صناعة أشباه الموصلات على مدى العقدين الماضيين هو: من يستطيع صنع الترانزستورات الأكثر تقدمًا؟

في السنوات العشر المقبلة، قد تصبح قضية أخرى ذات أهمية متزايدة:

من يمكنه توصيل مئات الآلاف من شرائح الذكاء الاصطناعي بضوء أسرع وأقل استهلاكًا للطاقة؟

يراهن تاور على الإجابة بـ 4 مليارات دولار.