As conexões ópticas de alta velocidade desempenham um papel fundamental para garantir o desempenho e a escalabilidade dos data centers de IA, especialmente à medida que evoluem para grandes clusters, de acordo com um estudo da TrendForce. A empresa prevê que as remessas globais de transceptores ópticos com suporte a 800 Gbps ou mais atingirão 24 milhões de unidades em 2025, crescendo 2,6 vezes para quase 63 milhões de unidades em 2026.
Analistas observaram que o forte aumento na demanda por transceptores ópticos levou a uma escassez significativa na indústria global de fontes de luz laser. Como parte de sua estratégia de desenvolvimento, a NVIDIA reservou grandes volumes de produtos de importantes fornecedores de lasers EML, resultando em prazos de entrega estendidos — não antes de 2027. Consequentemente, fabricantes de módulos ópticos e provedores de serviços em nuvem (CSPs) são forçados a buscar fornecedores secundários e soluções alternativas, o que leva a mudanças no setor, observou a TrendForce.
Além dos VCSELs usados em enlaces de comunicação de curto e médio alcance, os módulos ópticos para enlaces de médio e longo alcance incluem principalmente dois tipos de lasers: EMLs, que oferecem longo alcance e integridade de sinal, e lasers de onda contínua (CW). Os lasers EML combinam todas as funções principais em um único cristal, o que os torna extremamente complexos e trabalhosos de fabricar. Apenas alguns fornecedores os produzem, incluindo Lumentum, Coherent (Finisar), Mitsubishi, Sumitomo e Broadcom. No entanto, a Mitsubishi alertou para uma possível escassez há mais de um ano. A Broadcom, por sua vez, provavelmente priorizará seus próprios produtos.
Fonte da imagem: TrendForce
Os lasers EML desempenham um papel crucial na escalabilidade de clusters de computação em distâncias cada vez maiores entre data centers. Os planos de desenvolvimento de fotônica de silício e óptica integrada (CPO) da NVIDIA estão progredindo mais lentamente do que o esperado, resultando em uma dependência contínua de módulos plug-in para a expansão de clusters. Para garantir um progresso estável nessa área, a NVIDIA pré-alocou uma parcela significativa de sua capacidade de produção de lasers EML, o que impactou a disponibilidade de componentes para outras empresas.
Os lasers CW, usados em conjunto com chips fotônicos de silício, têm um design mais simples devido à ausência de capacidade de modulação integrada, simplificando a fabricação e expandindo a cadeia de suprimentos. Como resultado, os lasers CW combinados com fotônica de silício tornaram-se a principal solução alternativa para provedores de serviços em nuvem devido à escassez de lasers EML.
No entanto, também existem desafios. A produção de lasers CW enfrenta restrições crescentes devido a diversos fatores: longos prazos de entrega de equipamentos limitam a expansão da produção e padrões de confiabilidade rigorosos exigem testes que demandam muita mão de obra. Como resultado, muitos fornecedores estão terceirizando essas etapas, criando gargalos adicionais na cadeia de produção. À medida que o ecossistema de produção de lasers CW se aproxima dos limites de capacidade, os fornecedores estão sendo forçados a acelerar seus esforços para expandir a produção.
Fonte da imagem: NVIDIA
Além dos transmissores a laser, a fabricação de módulos ópticos requer fotodiodos (PDs) de alta velocidade para a recepção de sinais. Fornecedores líderes como Coherent, MACOM, Broadcom e Lumentum produzem PDs de 200G que suportam taxas de dados de 200 Gbps por canal.
Os fotodiodos são fabricados em wafers epitaxiais de fosfeto de índio (InP), semelhantes aos lasers EML e CW. À medida que os fabricantes de laser buscam expandir sua capacidade epitaxial, muitos estão terceirizando pedidos de epitaxia de InP (o processo de crescimento de folhas epitaxiais de fosfeto de índio em um wafer) para fundições especializadas como IntelliEPI e VPEC, conforme relatado pela TrendForce.
A TrendForce prevê que a demanda impulsionada por IA não apenas reduzirá a oferta de módulos de memória, mas também impactará o ecossistema de fabricação de lasers como um todo. O compromisso da NVIDIA em garantir os volumes necessários de fornecimento de lasers EML acelerou a transição para soluções CW e fotônica de silício entre outros fabricantes. Ao mesmo tempo, a corrida por capacidade de produção em toda a indústria está mudando os papéis na cadeia de suprimentos e impulsionando o crescimento da produção entre os fornecedores de tecnologia de epitaxia e de ligação de semicondutores, dizem os analistas.
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