— Глубокий прорыв китайской светотехнической отрасли от носителя информации до ядра вычислительной энергетической инфраструктуры.
В эпоху, когда вычислительная мощность искусственного интеллекта растет в три раза ежегодно, а глобальные центры обработки данных сталкиваются с проблемой «неразрешимого треугольника» — расстояния передачи, энергопотребления и надежности, — свет, старейший источник света в истории человеческой цивилизации, совершает революционную перестройку своих ценностей. Он перестал быть просто инструментом для освещения пространства и стал основной инфраструктурой, поддерживающей работу вычислительных мощностей и потоков данных в эпоху ИИ.
В последнее время сектор MicroLED на рынке акций класса А вызвал настоящий ажиотаж. Акции Sanan Optoelectronics, Huacan Optoelectronics и других компаний, занимающихся разработкой концептуальных решений, продолжают расти, становясь наиболее прибыльным направлением за пределами сферы вычислительных мощностей для ИИ. Причиной этого витка рыночного роста стала технология MicroLED CPO, которая перешла из индустрии световых дисплеев в область вычислительных мощностей для ИИ — она позволяет напрямую снизить потребление энергии оптической передачи до 5% по сравнению с традиционным решением на основе медных кабелей, общее энергопотребление сократилось на 95%, а энергоэффективность выросла почти в 20 раз. От последовательных прорывов в ключевой технологии оптической связи MicroLED в Фуданьском и Нанкинском университетах до завершения проверки концепции системы активных оптических кабелей MicroLED, разработанной совместно Microsoft и MediaTek, и планов таких международных гигантов, как ams OSRAM и Marvell, ведущие отечественные компании, занимающиеся производством световых дисплеев, активно следили за последними достижениями в индустриализации и раскрывали их. Началась промышленная революция, спровоцированная светом. Для китайской светотехнической отрасли это не только историческая возможность избавиться от деградации традиционных технологий и открыть вторую кривую роста, но и критически важный период для скачка от мощного производителя осветительных приборов к глобальному лидеру в области световых технологий.
1. Вычислительная мощность ИИ стремительно растет, переосмысливая основную ценность света: от «освещения мира» до «объединения вычислительных мощностей».
Каждая итерация в светотехнической отрасли связана с расширением границ ценности света. В первой промышленной революции, от ламп накаливания до светодиодов, мы достигли энергосбережения и модернизации технологий освещения с использованием твердотельных элементов. Основная ценность света всегда была сосредоточена вокруг двух ключевых сценариев: визуального освещения и отображения информации. Наступление эры искусственного интеллекта полностью разрушает это традиционное представление — третья ключевая ценность света, а именно высокоскоростная передача данных, растет с беспрецедентной скоростью и становится краеугольным камнем, поддерживающим развитие цифровой экономики и индустрии ИИ.
В настоящее время обучение и вывод больших моделей искусственного интеллекта предъявляют чрезвычайно высокие требования к пропускной способности, задержке и энергопотреблению вычислительных кластеров. Последнее исследование TrendForce показывает, что в большом количестве центров обработки данных глобальных поставщиков облачных услуг были внедрены спецификации скорости передачи данных ≤400 Гбит/с. С 2025 года по настоящее время рыночный спрос продолжает подталкивать спецификации передачи данных к 800 Гбит/с и 1,6 Тбит/с. Противоречие между высокоскоростной передачей и контролем энергопотребления достигло точки, когда его необходимо разрешить.
В традиционной системе межсоединений центров обработки данных медные кабели ограничены дальностью передачи и электромагнитными помехами. При сверхвысокой скорости передачи 1,6 Тбит/с энергопотребление превышает 10 пДж/бит, что напрямую приводит к экспоненциальному увеличению общего энергопотребления системы. Даже в современных решениях на основе оптических приемопередающих модулей потребление энергии одним модулем составляет около 30 Вт. В крупных центрах обработки данных энергопотребление одних только оптических модулей составляет более 25%, становясь ключевой проблемой, ограничивающей крупномасштабное развертывание кластеров для вычислений с использованием искусственного интеллекта. Хотя традиционные лазерные оптические волокна позволяют осуществлять передачу на большие расстояния, они сталкиваются с такими проблемами, как высокое энергопотребление, высокая частота отказов и сильная тепловая чувствительность. Только в 2025 году энергопотребление сети глобальных центров обработки данных Microsoft составит 18% от общего энергопотребления ИТ-инфраструктуры, 40% из которых придется на оптические межсоединения на большие расстояния. Треугольная дилемма «расстояние-потребление энергии-надежность», в которой долгое время находилась отрасль, открыла новое направление применения светодиодных технологий, которые светотехническая промышленность развивала на протяжении многих лет.
Технология MicroLED, изначально прославившаяся в области освещения и дисплеев, благодаря своим основным преимуществам — высокой яркости, низкому энергопотреблению, высокой полосе пропускания модуляции и простоте интеграции в массивы — стала одним из лучших решений для преодоления узкого места в межсоединении вычислительных мощностей ИИ. Технологическая интеграция MicroLED CPO позволила осуществить атаку на снижение размерности по сравнению с традиционными решениями — её суть заключается в глубокой интеграции светодиодов микронного уровня и оптической технологии совместной упаковки. В отрасли её также называют CPO 2.0, полностью расширяя разрыв с решением CPO 1.0, представляющим собой сочетание традиционного лазера и CPO.
Хотя традиционная технология CPO решает проблему ухудшения целостности сигнала традиционных подключаемых оптических модулей на скоростях выше 1,6 Тбит/с за счет объединения оптических модулей и микросхем ASIC, она ограничена полосой пропускания модуляции и проблемами теплоотвода традиционных VCSEL-лазеров и всегда требует многократных компромиссов между скоростью, энергопотреблением и плотностью упаковки. Добавление MicroLED напрямую решает эту ключевую проблему снизу источника света: по сравнению с традиционными лазерами с краевым излучением и лазерами с вертикальным резонатором и поверхностным излучением, MicroLED имеет меньшую площадь излучения, более низкое управляющее напряжение и более высокую полосу пропускания модуляции, что напрямую увеличивает эффективность генерации оптического сигнала на порядок.
С точки зрения основополагающих принципов, разрыв между ними огромен: традиционные лазеры похожи на огромные прожекторы, имеющие объем миллиметрового уровня, высокий пороговый ток лазера, управляющий ток более 200 мА и высокое энергопотребление. Микросхемы TIA и DSP будут иметь значительный дрейф длины волны и снижение эффективности при температуре выше 85°C и должны полагаться на мощное термоэлектрическое охлаждение; MicroLED представляет собой массив из сотен или тысяч микросветодиодов, размер одного чипа которых составляет менее 50 микрон, что позволяет использовать интегрированную упаковку с CMOS-схемами управления для достижения более высокой плотности параллельного излучения света. Каждый MicroLED соответствует независимому каналу данных, требуя лишь чрезвычайно низкого управляющего тока на уровне мкА и не требуя дополнительного модулятора. Потребляемая мощность передатчика может составлять всего 80 фДж/бит. В то же время, диапазон рабочих температур составляет от -40°C до 125°C, и он может поддерживать более 90% светового потока при 85°C. Не требуется термоэлектрический контроль, что принципиально решает проблему теплоотвода, вызванную высокой степенью интеграции CPO.
По сравнению с лазерными оптическими технологиями связи, такими как VCSEL/DFB/EML, оптические межсоединения MicroLED обладают большими преимуществами с точки зрения полосы модуляции, термостойкости, устойчивости к ошибкам оптической юстировки и т. д. Потенциальная полоса модуляции на уровне ГГц соответствует будущим потребностям в сверхскоростной передаче данных. Стабильные характеристики в широком диапазоне температур исключают необходимость точного контроля температуры. Широкий угол излучения также облегчает повышение выхода годных изделий при производстве массивов, а потребляемая мощность составляет всего 1/3 от мощности лазеров, что делает его идеальным выбором для межсоединений высокой плотности на коротких расстояниях.
В отличие от узкой и быстрой высокоскоростной одноканальной логики передачи традиционных лазеров, оптическая межсоединение Micro LED использует широкую и медленную архитектуру параллельной передачи, создавая параллельные оптические каналы через сотни независимо управляемых каналов Micro LED. При сохранении той же общей полосы пропускания это значительно снижает энергопотребление системы и повышает надежность передачи, идеально адаптируясь к потребностям кластеров вычислений ИИ в межсоединениях на коротких расстояниях, высокой плотности и низком энергопотреблении. Фактические данные измерений из лаборатории и промышленности наглядно подтвердили революционный потенциал этой технологии: профессор Тянь Пэнфэй из Фуданьского университета и его команда преодолели проблему «зеленого светового зазора» и создали зеленый Micro LED с полосой модуляции 2,19 ГГц, достигнув скорости передачи данных в свободном пространстве 9,06 Гбит/с, установив самый высокий в мире уровень передачи данных в свободном пространстве с помощью зеленых Micro LED; Разработанный совместной командой Нанкинского университета микрочип Micro LED обеспечивает пиковую полосу пропускания 1,6 ГГц при токе 2 мА и энергопотребление всего 7,34 пДж/бит при скорости передачи 2,125 Гбит/с, что на два порядка ниже энергопотребления существующих решений. Решение MicroLED CPO совершило качественный скачок и может обеспечить энергопотребление всего 1–2 пДж/бит. Оно идеально соответствует целевому показателю низкого энергопотребления <1,5 пДж/бит, предложенному NVIDIA в спецификации CPO для кремниевой фотоники, на примере оптических коммуникационных продуктов со скоростью 1,6 Тбит/с. После внедрения архитектуры MicroLED CPO общее энергопотребление может быть значительно снижено с 30 Вт у традиционного модуля оптического приемопередатчика до примерно 1,6 Вт, что составляет всего 5% от традиционного решения, а коэффициент энергоэффективности увеличивается почти в 20 раз.
Более конкретным примером практической ценности является то, что для кластера из 100 000 видеокарт, если решение MicroLED CPO используется для всех межсоединений между стойками, можно сэкономить 15 миллионов киловатт-часов электроэнергии в год, что эквивалентно сокращению выбросов углекислого газа примерно на 12 000 тонн. Это принципиально снизит энергопотребление и теплоотдачу интеллектуального вычислительного центра и напрямую сократит огромные эксплуатационные расходы центра обработки данных. Эта серия технологических прорывов подтверждает тенденцию в отрасли: в эпоху ИИ конкуренция за свет уже не ограничивается инволюцией яркости освещения и разрешения дисплея, а распространяется на конкуренцию за основные технологии в основе вычислительной инфраструктуры. Индустрия освещения находится в центре этой революции в области световых технологий.
2. Наступил переломный момент в отрасли: существующая дилемма и новые, открывающиеся новые возможности в светотехнической сфере.
Оглядываясь на текущее состояние развития китайской светотехнической отрасли, можно сказать, что она находится на критическом этапе, когда рост традиционных трековых систем достиг своего пика, а новые технологии остро нуждаются в прорыве.
С одной стороны, традиционный рынок освещения вступил в эпоху конкуренции на фондовом рынке. После золотого десятилетия популяризации светодиодных технологий китайская светотехническая отрасль сформировала наиболее полную в мире систему производственной цепочки, и ее производственные мощности заняли лидирующие позиции в мире. Однако она также сталкивается с дилеммой усиления однородной конкуренции, размывания прибыли от продукции и недостаточной динамики роста. Будь то общее освещение, коммерческое освещение или бытовое освещение, деградация отрасли распространилась от ценовой войны к войне каналов сбыта. Пространство под застройку продолжает сужаться, и компаниям срочно необходимо найти новые прорывные пути роста.
С другой стороны, технология Micro LED, признанная технологией следующего поколения в индустрии освещения и дисплеев, всегда сталкивалась с препятствиями на пути к коммерциализации. В прошлом представление отрасли о рынке Micro LED ограничивалось сценариями потребительской электроники, такими как микродисплеи дополненной и виртуальной реальности, высококачественные коммерческие дисплеи, автомобильное освещение и носимые устройства. Эти сценарии, как правило, характеризуются длительными циклами внедрения, высокими порогами массового производства, жесткой рыночной конкуренцией и быстрым снижением прибыли. Большинство компаний находятся в затруднительном положении, выбирая между огромными инвестициями в НИОКР и ограниченной рыночной отдачей.
Развитие оптических межсоединений на основе искусственного интеллекта полностью изменило логику промышленного роста Micro LED, открыв для китайской светотехнической отрасли новый высокодоходный путь стоимостью в сотни миллиардов. В отличие от рынка потребительской электроники, рынок оптических межсоединений на основе искусственного интеллекта относится к категории строительства цифровой инфраструктуры и обладает тремя ключевыми характеристиками, которые идеально соответствуют потребностям трансформации светотехнической отрасли:
Во-первых, рыночная стоимость резко возросла. Теперь ценность продукта измеряется не масштабом поставок, а системной ценностью как ядром. Ценность отдельных проектов высока, и концентрация клиентов высока. После проверки технологии можно будет достичь долгосрочного и стабильного сотрудничества, избегая деградации традиционного рынка освещения из-за низких цен;
Во-вторых, накопление технологий позволяет повторно использовать и модернизировать оборудование. Основные технологии, такие как эпитаксиальный рост микросветодиодов, производство чипов, масс-трансфер, интеграция корпусов и управление приводами, которые разрабатывались в течение многих лет в светотехнической отрасли, могут быть расширены и повторно использованы в сценариях оптической связи. При условии оптимизации технологии под требования к производительности на уровне связи, возможно трансграничное внедрение производственных мощностей в области технологий;
Во-третьих, барьеры и «защитные барьеры» в отрасли продолжают углубляться. К оптическим соединительным изделиям предъявляются жесткие требования к скорости модуляции, частоте битовых ошибок, долговременной надежности и стабильности массива, что, естественно, повышает порог входа на рынок. Компании, производящие головные осветительные приборы и обладающие накопленными ключевыми технологиями, могут создать прочный защитный барьер благодаря своим технологическим преимуществам и избежать конкуренции со стороны производителей низкокачественной продукции.
Международные гиганты уже взяли на себя инициативу и подтвердили осуществимость этого направления. Европейский лидер в области освещения, компания OSRAM, применила свою технологию Micro LED, проверенную в массовом производстве в области автомобильных адаптивных фар, к трансграничным приложениям в сценариях оптической межсоединительной связи центров обработки данных с использованием ИИ. Ее чип EVIYOS может интегрировать 25 600 независимо управляемых Micro LED. LED достиг скорости передачи данных по одному каналу 3,0 Гбит/с, энергопотребление составляет менее 2 пДж/бит, а частота ошибок битов соответствует строгим отраслевым стандартам; Microsoft запустила архитектуру MOSAIC, использующую оптическую линию связи "wide и slow". Прототип 800G успешно протестирован и обратно совместим с существующими интерфейсами; NVIDIA не только уточнила цели TSMC в области низкого энергопотребления, миниатюризации и высокой надежности, но и зарезервировала стандартизированные интерфейсы интеграции для решений CPO на новейших вычислительных платформах ИИ, таких как GB200 и Blackwell. Одновременно с этим компания инвестировала 4 миллиарда долларов США в компании, занимающиеся оптическими технологиями, Lumentum и Coherent, сделав серьезную ставку на оптические межсоединения; TSMC открывает платформу для 3D-упаковки Fabric и сотрудничает с американским стартапом Avicena для производства межсоединительных продуктов на основе MicroLED; MediaTek самостоятельно освоила технологию источников света MicroLED и запустила решения для активных оптических кабелей.
Плотная структура крупнейших международных производителей осветительного оборудования и полупроводников четко указывает на направление трансформации отрасли: конечным результатом конкуренции между компаниями, занимающимися осветительным оборудованием, является уже не борьба за долю на рынке освещения, а борьба за право голоса на всей арене световых технологий. От освещения до оптических соединений, китайская светотехническая отрасль открывает исторические возможности, сравнимые с заменой ламп накаливания светодиодами.
3. Преимущество китайской светотехнической отрасли, способное изменить мир: сотрудничество между промышленностью, университетами и научно-исследовательскими институтами, а также поддержка всей производственной цепочки для использования возможностей на новых глобальных рынках.
В условиях нового направления развития оптических межсоединений на основе искусственного интеллекта китайская светотехническая промышленность не начинала с нуля. Напротив, она обладает преимуществами первопроходца и развитой промышленной базой, что позволяет ей совершить скачок от следования к лидерству. В настоящее время отечественная производственная цепочка не отстает в этом раунде технологических изменений. Обладая самой полной в мире структурой цепочки производства MicroLED, отечественные компании достигли прорывов в ключевых технологиях и представили последние достижения к 2025 году, сформировав поэтапную структуру, включающую ведущее внедрение, НИОКР и предварительные исследования, а также трансграничное сотрудничество. Они находятся на ключевом этапе перехода от проверки образцов к мелкосерийному массовому производству. 2026 год в отрасли обычно рассматривается как первый год ускоренного внедрения отечественных технологий замещения.
Прежде всего, технологические прорывы в научных исследованиях заложили прочную теоретическую основу для промышленного применения. Ведущие отечественные университеты, такие как Фуданский университет и Нанкинский университет, достигли передовых мировых результатов в области оптической связи на основе микросветодиодов: команда Фуданского университета преодолела проблему «зеленого света», которая много лет беспокоила отрасль. Проблема «зеленого света» в светодиодах решается путем смягчения эффекта Штарка, вызванного квантовым ограничением, с помощью стратегий снижения напряжения, что приводит к двойному прорыву в полосе пропускания модуляции и скорости передачи, обеспечивая ключевую техническую поддержку для полноцветной связи в видимом диапазоне и высокоплотных оптических межсоединений. С точки зрения оптимизации энергоэффективности, команда Нанкинского университета добилась сверхнизкого энергопотребления и сверхвысокой пропускной способности микросветодиодных чипов за счет сверхтонкой квантовой структуры 1 нм и технологии ограничения тока путем пассивации боковых стенок, предоставив китайское решение для энергосберегающих межсоединений центров обработки данных. Результаты исследований двух ведущих университетов сформировали взаимодополняющую техническую систему, охватывающую два направления: расширение функциональных возможностей и оптимизацию энергоэффективности, что заложило основу для технологической трансформации отечественной светотехнической отрасли.
