الفوتونيات السيليكونية: كيف يحل الضوء أزمة الحوسبة والطاقة في الذكاء الاصطناعي

بطاقة NVIDIA H100 GPU واحدة تستهلك 700 واط. كتلة تدريب كبيرة للذكاء الاصطناعي تعمل بـ100,000 منها تستهلك طاقة أكثر من مدينة متوسطة. من المتوقع أن ينمو استهلاك الكهرباء لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بنسبة 160% بحلول 2030، ليصل إلى حوالي 945 تيراواط/ساعة سنويًا — ما يعادل تقريبًا إجمالي استهلاك اليابان. الحكومات المحلية تمنع تراخيص مراكز بيانات جديدة. شركات الطاقة تكافح لتوفير القدرة بالسرعة الكافية. صناعة الذكاء الاصطناعي تواجه مشكلة طاقة، والرقاقات نفسها جزء فقط منها.

جزء كبير وغير مقدر من تلك الطاقة — يصل إلى 50% في الكتل المكثفة — يستهلك ليس في الحوسبة، بل في نقل البيانات بين الرقاقات. الوصلات الكهربائية النحاسية التي تربط GPUs ببعضها وبالذاكرة تسخن، وتقاوم معدلات البيانات العالية، وتبدد كميات هائلة من الطاقة كحرارة. فيزياء النحاس على نطاق واسع هي جدار لا تستطيع الطرق التقليدية تجاوزه.

الفوتونيات السيليكونية هي المجال الذي يقترح استبدال تلك الوصلات النحاسية بالضوء. الفكرة الأساسية هي استخدام الإشارات الضوئية — نبضات من ضوء الليزر تنتقل عبر أدلة موجية سيليكونية — لنقل البيانات بين الرقاقات وعبر الرفوف. الضوء ينتقل دون مقاومة كهربائية، دون توليد حرارة من نقل الإشارة، وبنطاقات ترددية لا تستطيع الأسلاك النحاسية مجاراتها. في 2026، تنتقل التكنولوجيا من البحث الواعد إلى الإنتاج الضخم، والأرقام كبيرة بما يكفي لتغيير مسار الطاقة في الصناعة.

كيف تعمل

تبني الفوتونيات السيليكونية مكونات بصرية — أدلة موجية، موديلات، كاشفات ضوئية — على رقاقات السيليكون باستخدام عمليات تصنيع CMOS نفسها المستخدمة للمعالجات. هذا مهم لأنه يعني أنه يمكن تصنيع المكونات البصرية على نطاق واسع في مصانع أشباه الموصلات الحالية بدلاً من الحاجة إلى بنية تحتية تصنيع جديدة تمامًا. شركة Intel تصنع أجهزة إرسال واستقبال فوتونية سيليكونية بهذه الطريقة منذ منتصف العقد الأول من القرن الحالي؛ أثبتت التكنولوجيا جدواها تجاريًا لوصلات مراكز البيانات منذ ما يقرب من عقد.

تأتي مكاسب الكفاءة من فيزياء الضوء مقابل الإلكترونات. تستهلك الإشارات الضوئية ما لا يقل عن 0.05 إلى 0.2 بيكوجول لكل بت منقول، مقابل أرقام أعلى بكثير للنحاس عبر المسافات المماثلة. البصريات المدمجة مع الحزمة — دمج المحركات البصرية مباشرة في حزمة الرقاقة بدلاً من استخدام وحدات قابلة للتوصيل عند حافة الرف — تقلل طاقة التوصيل بحوالي 75% مقارنة بالحلول البصرية القابلة للتوصيل الحالية، وبحوالي 70% مقدرة مقارنة بالبدائل الكهربائية المكافئة.

الشركات التي تبنيه

تقود ثلاث شركات ناشئة الدفع التجاري نحو الفوتونيات السيليكونية على نطاق الذكاء الاصطناعي، كل منها بنهج تقني مختلف.

منصة Passage من Lightmatter تركز على الموزعات البصرية — لوحات دوائر بصرية أساسًا تجلس بين الرقاقات، تربطها بالضوء بدلاً من آثار النحاس. جهاز Passage M1000، المتاح منذ صيف 2025، يحقق 114 تيرابت في الثانية من عرض النطاق البصري الإجمالي عبر موزع بصري بمساحة 4,000 مليمتر مربع. جهاز Passage L200X، الذي يستهدف الإنتاج في 2026، يقدم 64 تيرابت في الثانية لكل حزمة لمُسرعات ومفاتيح الجيل التالي من الذكاء الاصطناعي. بنت Lightmatter على منصة GF Fotonix للفوتونيات السيليكونية من GlobalFoundries، مما أعطاها شريك تصنيع بالقدرة على تجاوز الإنتاج التجريبي.

اتخذت Ayar Labs مسار الشرائح الصغيرة. شريحة TeraPHY، أول شريحة I/O بصرية بمعيار UCIe في العالم، تدمج واجهة بصرية بسعة 8 تيرابت في الثانية مباشرة في حزمة رقاقة الذكاء الاصطناعي باستخدام التغليف ثلاثي الأبعاد المتقدم من TSMC. الجيل الثالث من TeraPHY، الذي أطلق في أوائل 2025، يدعي عرض نطاق أكبر بـ5 إلى 10 مرات من بدائل النحاس، وزمن انتقال أقل بـ10 مرات، وكفاءة طاقة أفضل بـ3 إلى 5 مرات. في سبتمبر 2025، أعلنت Ayar عن شراكات مع Alchip Technologies وGlobal Unichip Corp لجلب البصريات المدمجة مع الحزمة إلى تصاميم رقاقات الإنتاج عبر تقنية تغليف COUPE من TSMC.

سعت Celestial AI، التي استحوذت عليها Marvell في ديسمبر 2025 مقابل 3.25 مليار دولار، إلى التكامل الأكثر جرأة: تضمين الوصلات البصرية مباشرة في شريحة السيليكون نفسها بدلاً من طبقة منفصلة. شريحة Photonic Fabric تقدم عرض نطاق 16 تيرابت في الثانية لكل شريحة، والوحدة الكاملة — تجمع بين ASIC بتقنية 5nm من TSMC وموزع بصري ومكدسات ذاكرة HBM3e — توفر 7.2 تيرابت في الثانية من الاتصال البصري. من المتوقع أن يسرع استحواذ Marvell التوسع على نطاق واسع، مع إسهامات في الإيرادات متوقعة من أواخر 2027.

عمالقة الحوسبة السحابية يشترون بالفعل

أهم إشارة لمسار الفوتونيات السيليكونية على المدى القريب ليست الشركات الناشئة — بل قرارات الشراء لدى عمالقة الحوسبة السحابية. نشرت Microsoft وصلات فوتونية سيليكونية في مراكز بيانات Azure منذ 2016، وفي نوفمبر 2025 عمقت التكامل عبر بنية مجموعة الذكاء الاصطناعي الخاصة بها. عززت Google نشرها الداخلي للتبديل البصري والوصلات الفوتونية في ديسمبر 2025. التزمت AWS وGoogle وMeta وMicrosoft جميعًا بالبصريات المدمجة مع الحزمة في ترقيات الشبكة من الجيل التالي، مع برامج شراء نشطة تجري في 2025 و2026.

تعكس أرقام الحجم هذا الزخم. من المتوقع أن تتوسع الوحدة البصرية 1.6 تيرابت في الثانية — المنتج الرائد حاليًا — من حوالي 2.5 مليون وحدة مشحونة في 2025 إلى 20 مليون وحدة في 2026. من المتوقع أن تستحوذ الفوتونيات السيليكونية على 50 إلى 70% من هذا القطاع عالي النطاق بحلول نهاية العام. من المتوقع أن يصل سوق الفوتونيات لمراكز البيانات الإجمالي إلى 2.7 مليار دولار في 2026، لينمو إلى 4.1 مليار دولار بحلول 2034.

ما يبقى صعبًا

التحديات المتبقية حقيقية وتستحق الذكر. تكامل الليزر هو الأكثر أساسية: السيليكون لا ينبعث منه الضوء بشكل طبيعي بسبب بنيته الإلكترونية، لذا تتطلب الفوتونيات السيليكونية العملية ربط مواد باعثة للضوء (عادة فوسفيد الإنديوم) بركائز السيليكون. الدقة التصنيعية المطلوبة كبيرة، والدوائر المتكاملة الفوتونية المعقدة تنتج حاليًا أقل من 60% للتصاميم المتقدمة.

الحساسية الحرارية هي صداع مستمر. الرنانات الحلقية والمقاييس التداخلية التي تشكل المكونات البصرية الأساسية لرقاقات الفوتونيات السيليكونية حساسة للغاية لتغيرات درجة الحرارة — بضع درجات يمكن أن تفقدها ضبطها بما يكفي للتسبب في أخطاء الإشارة. الضبط الحراري النشط والتثبيت يضيفان تعقيدًا واستهلاك طاقة إضافيين يعوضان جزئيًا مكاسب الكفاءة.

سلسلة التوريد متركزة أيضًا بطرق تخلق مخاطر. TSMC حاليًا هو المصنع الوحيد القادر على تكديس الرقاقات ثلاثي الأبعاد فائق الدقة المطلوب للبصريات المدمجة مع الحزمة على نطاق واسع. أي انقطاع في إنتاج TSMC سيتداعى عبر سلسلة توريد الفوتونيات بأكملها للذكاء الاصطناعي.

المسار

قوس الفوتونيات السيليكونية في بنية الذكاء الاصطناعي أصبح أوضح الآن مما كان عليه في أي نقطة سابقة. عمالقة الحوسبة السحابية لا يجربون التكنولوجيا — بل يشترونها على نطاق واسع. تخرجت الشركات الناشئة الرائدة من العروض التوضيحية إلى شحن المنتجات. الإنتاج الضخم لوحدات 1.6T قيد التنفيذ. حصة Intel في الفوتونيات السيليكونية في أجهزة الإرسال والاستقبال البصرية تبلغ حوالي 30% اليوم، ومن المتوقع أن تصل إلى 60% بحلول 2030.

جدار النحاس الذي يقيد مجموعات الذكاء الاصطناعي اليوم هو حد فيزيائي حقيقي، وليس مشكلة تخطيط يمكن حلها بمزيد من التمويل. الفوتونيات السيليكونية هي أوضح طريق حوله. ما إذا كان التحول يحدث بالسرعة الكافية لتغيير مسار الطاقة في بنية الذكاء الاصطناعي هو سؤال حول حجم التصنيع وتطوير سلسلة التوريد أكثر من كونه تكنولوجيا أساسية. في 2026، تشير الأدلة إلى أنه يحدث أسرع مما توقع معظم المراقبين.