銅線時代に別れを告げよう：AIシリコンフォトニクス産業チェーンと主要な米国株式ターゲットを理解する

著者：ゴドー

AI分野で最も注目されている2つのセクターは、ストレージと光学です。以前、ストレージのフレームワークについて記事を書きました（「AIストレージレイヤーの利益プールと業界概況を1つの記事で理解する」）。この記事では、光学に焦点を当てます。

シリコンフォトニクス（シリコンフォトニクスとも呼ばれる）は、従来の銅線に代わり、コンピューティングチップ間の通信に使用されます。下の図はこれを分かりやすく示しています。

人々が目にする可能性があり、混乱を招くかもしれないLPO（リニア・プラガブル・オプティクス）、CPO（コパッケージド・オプティクス）、OCS（光パススイッチング）、およびOptical I/O（光入出力）という用語は、シリコンフォトニクスを実現するための異なる技術的アプローチを表しています。

従来、チップは通信に銅線を使用していた。シリコンフォトニクスチップは、光を生成するレーザー、光を変調する変調器、そして光を直接シリコンチップ上に受光する検出器を統合することで、光通信を可能にする。

では、なぜ銅を置き換える必要があるのでしょうか？そして、なぜ他の素材ではなくシリコンフォトニクスを使用するのでしょうか？

まず、銅線は1.6Tを超える信号伝送時に物理的な限界に近づき、信号が不完全になります。そのため、材料の変更を検討する必要があります。これは最も重要でありながら、避けられない問題です。専門用語では「帯域幅の壁」と呼ばれます。

第二に、銅は実体の部品であり、GPUクラスターの規模が大きくなるにつれて、銅ケーブルを配線するスペースが単純に不足するようになりました。これが、銅を代替する必要があったもう一つの理由です。光の場合は異なります。光インターフェースはスイッチチップのすぐ隣に直接はんだ付けできるため、配線量を大幅に削減できます。専門用語では「スケールウォール」と呼ばれます。

第二に、銅線は電力消費量が多すぎる。メガワット規模の施設では、シリコンフォトニクスによって1日あたり数万キロワット時の電力を節約できるが、これはすべて銅線通信で消費されている電力である。光ファイバーに切り替えることで、その電力をGPUに供給し、実際の計算処理に利用できるようになる。この技術は「パワーウォール」と呼ばれる。

さらに興味深いのは、シリコンフォトニクスは既存の半導体の成熟したCMOS製造プロセスを活用できるため、ゼロから新しい工場を建設する必要がなくなり、低コストでの大量生産が可能になる点だ。

もちろん、シリコンフォトニクスにも欠点がある。シリコン自体は効率的に光を発することができず、リン化インジウム（InP）材料に頼らざるを得ないのだ。これが、産業チェーン全体における最も深刻なボトルネックとなっている。

シリコンフォトニクス技術の進化

最も重要な転換点は、2025年3月にNVIDIAがGTCカンファレンスでQuantum-XとSpectrum-Xフォトニックスイッチを発表した時だった。ジェンセン・フアン氏は、次世代のRubinから「光インターコネクトはオプションではなく、標準機能になる」と発表した。

その1週間後、NVIDIAは主要サプライチェーンの確保を目的として、CoherentとLumentumに合計40億ドルを投資すると発表した。

シリコンを用いた光電効果に関する論文は1980年代に発表され、インテルとIBMは2004年から2014年にかけてシリコンベースの光変調器を製造した。

過去10年間、AWS、Google、Metaなどの大手クラウドサービスプロバイダーはシリコンフォトニクスを利用してきたが、当時は光ファイバー通信の一部に過ぎなかった。

現在の産業情勢

1) 下層：ウェハー製造工場

フォトニックチップの製造において、TSMC （TSM）はクーププロセスで業界をリードし、タワーセミコンダクター（TSEM）はシリコンフォトニクスファウンドリサービスを専門としており、シリコンフォトニクスの売上高は2025年には前年比70%増と予測されている。グローバルファウンドリーズ（GFS）は、シンガポールのAMFを買収することで、世界最大のシリコンフォトニクス専用ファウンドリとなった。

2) 第二層：コアコンポーネントサプライヤー

同社はレーザー、変調器などを提供しており、主にリン化インジウム（InP）レーザーを取り扱っている。高速EMLレーザーを製造できる企業は、世界でも5社未満しかない。

Lumentum （$LITE）は、1.6T光モジュールの主要コンポーネントである200G/レーンEMLレーザーを量産できる唯一のメーカーです。NVIDIAは既にLumentumに2027年までの生産能力確保のための発注を行っています。

3) 第3層：モジュールおよびシステムメーカー

彼らは部品を組み立てて製品化する。コヒーレント社は世界の光トランシーバー市場で25%の市場シェアを占めている。イノライト、Eoptolink、アクセリンクといった中国企業は、製造規模とコスト競争力の面で強力な競合相手となっている。

4) 最上位レベル：システムインテグレーター

NVIDIA、Cisco、Broadcom、そしてMarvellはすべてこのフロアに入居している。

要約すれば、

NVIDIA $NVDA

優位な立場は、AIデータセンターが採用する相互接続規格を決定し、戦略的な投資を通じてサプライチェーンを確保する。

ブロードコム $AVGO

ネットワークスイッチングチップ分野で圧倒的なリーダーであり、イーサネットスイッチ市場の約80%のシェアを誇ります。Tomahawk 6-Davissonは、世界初の102.4Tbps CPOスイッチです。

マーベル $MRVL

Broadcomの最大のライバルであり、PAM4光DSP市場で60～70%のシェアを誇り、圧倒的な存在感を示している。最近のCelestial AIの買収により、チップ間光インターコネクト市場への参入も可能になった。

ルメンタム $LITE

EMLレーザーの最も重要なサプライヤー。200G/レーンのEMLを量産できる世界で唯一のメーカーであり、NVIDIAは既に2027年以降までの受注を確保している。

筋の通った $COHR

材料、レーザー、モジュールといった分野に事業を展開する、業界全体のサプライチェーンを統合する企業。2025年度の売上高は58億ドルで、光トランシーバー市場におけるシェアは最大手メーカーです。

TSMC $TSM

NVIDIAはプロセス技術の標準を確立した企業です。同社の65nmシリコンフォトニクスプロセスは既に量産体制に入っており、COUPEプラットフォームは現在最も先進的な3Dヘテロジニアス統合ソリューションです。NVIDIAのCPOロードマップは、このプロセスと密接に結びついています。

タワーセミコンダクター $TSEM

シリコンフォトニクスファウンドリサービスの最大の受益者。シリコンフォトニクス事業の売上高は2025年には前年比70%増と予測されており、同社は生産能力を3倍にするために6億5000万ドルを投資している。時価総額の弾力性は全銘柄の中で最も高い。

Lightmatter / Ayar Labs：非上場／新規株式公開（IPO）候補

44億ドルの評価額を持つLightmatterは3Dフォトニック相互接続に注力しており、AMD、Intel、NVIDIAから投資を受けているAyar Labsは光I/Oチップに注力している。どちらも将来有望な大型IPO候補企業である。

シリコンフォトニクスブームが評価ロジックを変革する

例えば、ウォール街はかつてタワー・セミコンダクターを、典型的な受託製造業者の評価額に基づいて評価しており、株価売上高倍率は約2～3倍だった。

しかし、シリコンフォトニクス事業が総売上高の5％から30～40％に成長するにつれて、市場はそれをAIインフラにおける希少資産として再評価し始め、株価売上高倍率は6～10倍に上昇すると予想される。

かつて通信機器部品サプライヤーだったLumentumとCoherentは、現在ではAI接続に不可欠な部品プロバイダーとして再定義されつつある。バンク・オブ・アメリカのアナリスト、Vivek Arya氏は、Marvellの目標株価を200ドルに引き上げ、Marvellを通信チップメーカーではなくAIインフラプラットフォームとして評価している。

Evercore ISIもシスコについて同様の評価を下している。シリコンフォトニクス製品がハイパースケールデータセンターにさらに浸透するにつれて、シスコの中核事業であるAIの売上高は、今後3～4年で30億ドルから120億～150億ドルに急増する可能性があるというのだ。

シリコンフォトニクス産業の堀

シリコンフォトニクス業界は、AIブーム以前から各プロセスが長期間の開発期間を経てきたため、明確な勝者総取りの特性を示している。

InPレーザーに関しては、高性能なEMLレーザーを量産できる企業は世界でも5社未満であり、生産能力の拡大サイクルは3～5年と限られている。これは、業界全体のサプライチェーンにおいて最も大きなボトルネックとなっている。

TSMCのクーププロセス。3Dヘテロジニアス集積における技術的な障壁であり、後続企業は少なくとも2世代遅れをとっており、歩留まり率の向上には長年の経験が必要となる。

OEM PDKのエコシステム。顧客が特定のOEMと設計作業を行った場合、設計変更と再認証に12～18ヶ月かかるため、切り替えは非常にコストがかかる。

熱管理とパッケージング。CPO（制御プロセスオペレーター）は、わずか数ミリメートルの空間内で、電気、熱、光学という3つの物理領域の相互作用を管理する必要があります。これには、数年にわたるシステムインテグレーションの経験が不可欠です。

AWSやGoogleのような巨大企業におけるサプライヤー認証プロセスは、通常12～24ヶ月かかる。認証取得後は、顧客ロイヤルティが非常に高くなる。

リスクと冷静な思考

業界全体の成長は、マイクロソフト、グーグル、メタ、アマゾン、オラクルという5つのハイパースケールクラウドベンダーの設備投資に大きく依存している。

技術的な選択肢としては、LPO（リニアプラグイン光学）、CPO（コパッケージ光学）、OCS（光パススイッチング）、光I/O（光入出力）などがある。ある選択肢が別の選択肢に取って代わられた場合、以前の選択肢に投資された資本は減価償却や損失を被る可能性がある。

LightCountingなどの研究機関は、大規模なCPOの導入は2028年以降になると予測しており、それまではLPOなどの暫定的なソリューションがテスト目的でより多く使用されるだろうとしている。

したがって、個々の企業が勝つことに賭けるよりも、業界全体が勝つことに賭ける方が安全である。