TSMC:n 50-kertainen panostus siruoptiikkaan: COUPE mullistaa tekoälyn tietokeskukset vuoteen 2028

Noin 648 piiriä kiekkoa kohden laskettuna vuoden 2028 tuotantotahti vastaisi noin 194 miljoonaa PIC-piiriä vuodessa . Vertailun vuoksi nykyinen noin 500 kiekon kuukausikapasiteetti tuottaa noin 4 miljoonaa piiriä vuodessa .

Avainasiakkaat: NVIDIA ja Broadcom kärjessä

NVIDIA ja Broadcom ovat tunnistetut COUPE:n volyymituotannon ensimmäiset asiakkaat, joiden kerrotaan jo tehneen tilauksia . Koska PIC-tuotantokapasiteetti on alkuvaiheessa rajallinen, nämä kaksi yritystä saavat todennäköisesti suurimman osan alkuvaiheen tuotannosta .

NVIDIA on liikkunut aggressiivisesti varmistaakseen optisen toimitusketjunsa. Maaliskuussa 2026 yhtiö sijoitti 4 miljardia dollaria (2 miljardia kumpaankin) Lumentumiin ja Coherentiin, lukiten monivuotiset hankintasitoumukset . NVIDIA suunnittelee ottavansa käyttöön COUPE-pohjaisia kytkimiä, mukaan lukien Spectrum-X Ethernet -fotoniset kytkimet vuoden 2026 jälkipuoliskolla .

Teknologia: COUPE + SoIC-X

COUPE on pohjimmiltaan pakkausinnovaatio. Se käyttää TSMC:n edistynyttä SoIC-X (System on Integrated Chips) -teknologiaa, jossa elektroninen integroitu piiri (EIC) pinotaan suoraan fotonisen integroidun piirin (PIC) päälle hybridikupari-kupariliitoksella . EIC valmistetaan 65 nm:n prosessissa, kun PIC hoitaa optisen signaalinkäsittelyn .

Tämä heterogeeninen integraatio on keskeinen mahdollistaja. TSMC väittää COUPE:n tarjoavan 5–10 kertaa paremman energiatehokkuuden, 10–20 kertaa pienemmän viiveen ja tiiviimmän jalanjäljen verrattuna perinteisiin liitettäviin optisiin moduuleihin .

TSMC on solminut kumppanuuksia EDA-työkaluvalmistajien Ansysin, Synopsysin ja Cadencen kanssa tukeakseen fotoniikkasuunnittelua. Himax on vahvistettu yksinoikeudella toimittavaksi mikrolinssimatriisit COUPE:n kahdelle ensimmäiselle sukupolvelle .

CPO-markkina saavuttaa käännekohdan vuonna 2026

Vuotta 2026 kuvataan laajalti vuodeksi, jolloin yhteispakatut optiikat (CPO) siirtyvät pilottivaiheesta täyteen kaupalliseen tuotantoon . Useat markkinatutkimusraportit päätyvät samaan aikatauluun: CPO-markkinan arvoksi arvioidaan 2,2–4,2 miljardia dollaria vuonna 2026, ja sen ennustetaan kasvavan 25–35 prosentin vuosivauhtia vuoteen 2031 saakka . IDTechEx ennustaa markkinan ylittävän 20 miljardia dollaria vuoteen 2036 mennessä .

Tekoälyn tietokeskukset ovat ensisijainen kysyntäajuri. NVIDIA:n Spectrum-6 Ethernet -kytkin, joka esiteltiin CES 2026 -tapahtumassa, tarjoaa 409,6 Tbps:n aggregoidun kaistanleveyden ja vähentää liitäntöjen virrankulutusta 5 kertaa edelliseen sukupolveen verrattuna . Myös Broadcom ja Marvell kehittävät CPO-alustoja, jotka tähtäävät 1,6 Tbps:n ja suurempiin nopeuksiin .

Energiatehokkuustarina on vaikuttava. Perinteiset kupari- ja liitettävät järjestelmät kuluttivat 12–15 picojoulea bittiä kohden vuoden 2025 alussa, kun taas uudet Broadcomin ja NVIDIA:n CPO-järjestelmät toimivat 5 pJ/bit tai vähemmällä, ja tavoitteena on alle 1 pJ/bit .

Saantohaasteet ja pakkausrajoitteet

Laajennussuunnitelmaan liittyy merkittäviä riskejä. Raportit viittaavat hypoteettiseen SoIC-pinontasaantoon noin 50 prosenttia alkuvaiheessa, mikä käytännössä puolittaisi valmiiden optisten moottoreiden määrän raakaan PIC-piirimäärään verrattuna . Kun huomioidaan alavirran kokoonpanosaannon häviöt, todellinen optisten moottoreiden toimitusmäärä voisi olla huomattavasti pienempi .

Edistynyt pakkauskapasiteetti on itsessään pullonkaula. TSMC:n CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) -kapasiteetti on myyty loppuun vuodelle 2026, ja toimitusjohtaja C.C. Wei on julkisesti myöntänyt CoWoS-kapasiteetin olevan erittäin tiukka . TSMC ennustaa CoWoS-kapasiteetin kasvavan yli 80 prosentin vuosivauhtia vuodesta 2022 vuoteen 2027, mutta siruoptiikka kilpailee nyt samoista edistyneen pakkaamisen resursseista – CoWoS ja SoIC – joita GPU- ja HBM-integraatio jo rasittaa . Alan analyytikot kuvailevat TSMC:n siruoptiikkakapasiteettia seuraavaksi todennäköiseksi tekoälyn pullonkaulaksi CoWoS:n jälkeen .

Yhteenveto: TSMC:n PIC-kapasiteettisuunnitelma

Lopputulos

TSMC toteuttaa historiallisen aggressiivista kapasiteettilaajennusta siruoptiikassa, jonka ankkurina on COUPE/SoIC-X-alusta ja jota ruokkii tekoälyn tietokeskusten kysyntä. Nousu 500 kiekosta 25 000 kiekkoon kuukaudessa alle kolmessa vuodessa edustaa 50-kertaista lisäystä, jolla on vaikutuksia koko tekoälylaitteiston toimitusketjuun. Suurimmat lähiajan riskit liittyvät kuitenkin saannon kypsyyteen – erityisesti SoIC-pinontasaantoon noin 50 prosentin tasolla – ja laajempaan edistyneen pakkaamisen pullonkaulaan .

Jos onnistuu, TSMC:n panostus valoon vahvistaa sen asemaa tekoälyajan keskeisenä liitäntäteknologian valmistajana ja laajentaa sen valta-aseman logiikasta ja edistyneestä pakkaamisesta myös optiikan maailmaan.