10万亿美元 AI 基础设施建设遭遇光子学瓶颈

摘要

• AI 的下一个瓶颈是连接 GPU 的网络，而不只是 GPU 本身。 模型已无法装进单个 GPU，智能体系统还会在服务器之间发起对延迟敏感的调用；Yannick De Koninck 表示，这要求网络“更扁平”、连接更密集。他最有力的判断是：AI 工厂约一半由 GPU 构成，另一半则是连接这些 GPU 的技术。

• 光子学之所以变得不可或缺，是因为就在 AI 工厂需要大幅增加内部流量之际，铜互联正接近极限。 光互联能够提供高得多的数据传输带宽；Herwig Van Hove 则将数据中心能耗定义为这场酝酿数十年的光子学范式转变的“杀手级应用”。

• 可投资的稀缺性横跨整个制造链条，而不只在光子学本身。 TSMC、GlobalFoundries 和 Tower 已投资硅光子晶圆，但“如果你把一片晶圆交给 NVIDIA，那并不是它订购的产品”——NVIDIA 要的是最终芯片，而最终芯片仍需要激光器、设备和衬底。吞吐量和良率仍然不足，原材料供应集中在少数供应商手中，东西方供应链割裂又进一步放大了风险。

• NVIDIA 的加码把一场预期已久的转型变成了眼下的产能问题。 Van Hove 将需求冲击追溯到 ChatGPT 于2022年11月爆红，随后 NVIDIA 在2024年和2025年释放更强信号，并于2026年投资 Lumentum 和 Coherent。他称 NVIDIA 在当年前6个月投入的资金相当于整个市场规模的4倍，这揭示了供需错配：“创新已经就绪”，但供应链还没有准备好。

• Themaa 正利用收购的一家欧洲晶圆厂，将新设施建设压缩到2027年投产、2028年全面爬坡。 该工厂距 imec 20公里，既有现成基础设施，也具备光子学和工业人才。客户要求的产量已经超过 Themaa 所谓“极其激进的预测”，但设备可得性、机器性能和衬底仍是约束。

• 欧洲的光子学机会确实可信，但真正的考验在执行文化。 比利时拥有异常深厚的研究密度——Van Hove 称，2000年至2015年，根特大学贡献了全球4,000篇光子学同行评审白皮书的35%——但欧洲并未持续地在本地将自己的创新商业化。Themaa 希望将这一技术基础与快速试错、果断决策的运营文化结合起来，部分参照 De Koninck 所描述的 NVIDIA 工作方式。

精读

1. AI 工厂将互联升级为核心算力基础设施

• Molly O’Shea 以 Tony Kim 对10万亿美元基础设施重建的估算切入：传统数据中心耗电耗水过高，也不是为当下参数量庞大的 AI 工作负载设计的。嘉宾随后将问题收束到这些设施内部快速增长的流量。

• De Koninck 的逻辑很直接：模型“已经无法装进单个 GPU”，因此计算取决于 GPU 之间的通信。随着处理器以更高速率要求处理更多数据，铜互联跟不上，行业正转向带宽高得多的光连接。

• 智能体 AI 加剧了这一转变，因为模型可能调用运行在另一台服务器上的工具，并等待返回结果。这让计算之间的延迟变得关键，也要求行业用“更扁平的网络”替代深层级的层次化交换机树：GPU 与交换机之间需要更多直接连接，互联网络密度也必须远高于传统超大规模数据中心。

• 他的收尾判断让市场边界变得清晰：“其中一半是 GPU，另一半则是连接这些 GPU 的技术。”因此，光学与光子学解决的是与计算引擎本身重要性相当的基础设施问题。

2. 功耗是光子学的杀手级应用，但制造才是瓶颈

• 数据中心 CTO 被问到最让其夜不能寐的问题时，第一答案就是能耗。CEO 要求继续增长，但电网建设无法按所需时间表到位；Van Hove 举例称，Google 与阿姆斯特丹谈了3年后，最终把计划转移到了比利时。

• 转向光子学的必要性在2022年11月变得显而易见，当时 ChatGPT 迅速走红。NVIDIA 随后在2024年和2025年逐步加大光子学布局，并通过2026年对 Lumentum 和 Coherent 的投资展示了目标规模：科学家和设计师已经准备好了创新，但“没人为变化会如此之快做好准备”。

• TSMC、GlobalFoundries 和 Tower 等传统厂商聚焦前道，制造硅光子晶圆；但 NVIDIA 采购的是最终芯片。激光器产能必须大幅扩张；设备厂商产出的设备不够；设备还需要改善吞吐量、效率和良率；衬底供应则“极其、极其紧缺”，原材料供应商只有少数几家。Van Hove 的判断是，行业必须把每一层的问题一路解决到最上游。

3. Themaa 正在搭建从实验室到晶圆厂的缺失桥梁

• Van Hove 看到了大型晶圆厂负责前道、高校孵化公司停留在研究规模之间的缺口：市场上没有工业级参与者占据中间地带。Themaa 的答案是一家大型、专注光子业务的晶圆代工厂，目标是将数十年的欧洲研究产业化，而不是让商业化机会转移到其他地区。

• 团队的技术和运营背景本身就是这一判断的一部分。De Koninck 20年前进入硅光子领域，完成博士学位，先后在一家早期商业化初创公司和 imec 工作，5年前加入 NVIDIA，将其硅光子技术推进到可产品化的成熟度。长期从事投资、后来才转为经营者的 Van Hove 表示，他在3、4年前就看到了供应链缺口。

• 机会来自一次偶然事件：Themaa 在2023年至2024年规划期间，一家大型欧洲晶圆厂倒闭。收购这家工厂绕开了复杂基础设施审批、许可和建设通常需要的3至5年流程中的大部分环节，同时将公司置于距 imec 20公里、工业人才和光子学专业人才聚集的区域。

• De Koninck 解释称，imec 30多年前从电子技术起步，后来成为硅光子的发源地之一，并发展为他所称的全球第一大先进电子技术研究中心。这个近在咫尺的研究引擎，支撑着 Themaa 从已被验证的科学成果迈向可重复的量产。

4. 客户提前拉动产能，Themaa 的路线图因此极其激进

• Themaa 计划于2027年开始生产，并在2028年实现全面爬坡。Van Hove 表示，最大的挑战是客户施加的时间表；积极信号则是，客户已经提出超过公司“极其激进预测”的需求量。

• 项目执行仍取决于稀缺设备、性能更好的机器和衬底。缓冲来自分布在希腊、德国、西班牙、法国和瑞士的欧洲研究网络，各地分别处理不同的技术约束；Van Hove 认为，跨境协作如今比过去更具实质性。

• 招聘并没有成为预想中的障碍。imec 最资深的3名人士已加入 Themaa 董事会，公司还吸引了来自 NVIDIA、AWS、TSMC 和 Lam Research 的人才。Van Hove 希望在本土打造吸引人才的磁场，让欧洲专家留在本地建设，而不是出国或转行做银行家。

5. 欧洲有科学实力，Themaa 必须证明自己能以市场速度推进

• 美国头部潜在客户从4个方面质疑 Themaa：资金、人才、机器与衬底，以及欧洲能否满足其时间表。Van Hove 表示，Themaa 正有意回应欧洲“行动缓慢、受委员会牵制”的刻板印象，采用快速试错、果断决策、在没有“100%完美信息”时也采取行动的文化。

• 欧洲没有美国那样的数据中心网络，监管也更严格。Van Hove 认为，高能效基础设施提供了一个机会：欧洲可以建设自己的本土网络，其形态可能不同于美国的超大型云数据中心，而不是简单复制后者。

• De Koninck 在 NVIDIA 学到的运营模式是：“组织架构只是一张纸”，任何能帮助项目的人都可以参与。离开他所称的“黄金宫殿”、登上“海盗船”，给了他一个机会：围绕 AI 的核心约束之一，打造世界级的欧洲制造能力。

• Van Hove 更大的押注是，欧洲最终能够将自己的光子学领先地位商业化。他指出，根特大学声称在2000年至2015年全球4,000篇光子学同行评审白皮书中占据35%的份额，并以 ASML 证明欧洲过去确实打造过持久的工业冠军：“欧洲已经准备好迎来更多这样的故事。”