Enquête sur site : TSMC a gagné le CPO actuel, Samsung parie sur le prochain tour

Dans la course actuelle des centres de données au « co-emballage optique (CPO) », TSMC a pris une avance grâce aux progrès de ses produits avec Broadcom et NVIDIA. En parallèle, Samsung pourrait miser ses jetons sur la prochaine étape.

Le 12 juillet, l’institution PhotonCap a publié un article d’étude de terrain, indiquant que le CPO destiné aux commutateurs est officiellement passé de la validation technique à l’étape de déploiement chez les clients.

Les capacités de fabrication et d’emballage avancé de TSMC sur cette voie ont déjà été validées par les premiers grands projets commerciaux. Mais la bataille à venir sera bien plus complexe que celle, pour l’instant, centrée sur les CPO de commutation.

Lorsque les entrées/sorties optiques (optiques I/O) s’installent profondément à l’intérieur des emballages où se trouvent les puces de calcul hétérogènes (XPU) et la mémoire à bande passante élevée (HBM), celui qui dominera la conception synergique de ces trois éléments redessinera l’ensemble des dimensions concurrentielles de l’industrie.

Le 9 juillet, lors de Nano Korea, le vice-président exécutif de Samsung Electronics, Won-Kyoung Choi, a déclaré que la société développe un packaging avancé 2.xD, visant à intégrer la HBM, les puces logiques et les puces de silicium photoniques dans le même emballage. Cette direction vise précisément les I/O optiques des emballages de calcul d’IA à venir.

Actuellement, TSMC mène la course « commutateur CPO »

Sur le marché actuel des CPO, TSMC est incontestablement le leader incontesté.

Les résultats d’enquête montrent que le commutateur Ethernet CPO 102,4Tbps de Broadcom basé sur la plateforme COUPE de TSMC (moteur photonique universel compact), a déjà été envoyé en échantillonnage aux clients en phase initiale.

Parallèlement, le commutateur photonique Quantum-X de NVIDIA a commencé à être expédié, tandis que le commutateur Ethernet photonique Spectrum-X est entré en phase de production, avec comme premiers adoptants CoreWeave, Lambda et Oracle.

La caractéristique commune de cette génération de produits est la suivante : le moteur optique est déployé à proximité du ASIC de commutation du commutateur. La base de fabrication correspondante repose sur la technologie photonique sur silicium mature de TSMC et ses capacités d’empilement 3D avec SoIC.

Dans cette architecture, le cœur de la concurrence réside dans l’empilement et l’assemblage (bonding), ainsi que l’intégration de circuits intégrés photoniques (PIC) et de circuits intégrés électroniques (EIC) avec l’emballage du commutateur. À ce stade, la HBM n’est pas un composant indispensable.

En revanche, la feuille de route « clé en main (Turnkey) CPO » publiée par Samsung vise l’année 2029. Si l’on juge à l’aune du volume d’expédition et de la validation client des CPO de commutateurs existants, Samsung n’a pas encore instauré un rythme de commercialisation comparable à celui de TSMC.

La crainte de la consommation pousse le moteur optique à se rapprocher des puces de calcul

La raison pour laquelle les I/O optiques doivent migrer des solutions traditionnelles au niveau de la carte (Board-level) vers l’intérieur de l’emballage tient principalement à la consommation énergétique.

Les supports de démonstration préparés par Samsung Foundry pour OECC 2026 révèlent une étape clé :

• Lorsque des modules optiques remplaçables à chaud sont déployés au niveau de la carte, la consommation énergétique par bit est d’environ 10pJ ;
• lorsque le moteur optique est placé sur un substrat à proximité du commutateur, la consommation tombe à environ 5pJ ;
• si les I/O optiques s’enfoncent davantage jusqu’à une couche d’intermédiaire (Interposer) près de la XPU, la consommation peut chuter fortement jusqu’à environ 2pJ.

La logique centrale derrière ce changement est « la réduction de la distance de transmission des signaux électriques ». Plus le moteur optique se rapproche de la puce de calcul, plus la liaison électrique est courte, et moins un réglage de signal est nécessaire pour compenser les pertes dues au routage de la carte et aux connecteurs.

Ainsi, l’emballage avancé devient l’étape clé permettant de transformer un avantage de « consommation physique » en avantage « produit commercial ». Cela ne signifie pas que le CPO va immédiatement éliminer les modules optiques remplaçables : les deux coexisteront durablement, sous des contraintes de distance de transmission et de budget de puissance différentes.

Mais les prévisions de Samsung révèlent une tendance : le marché des optiques remplaçables affiche un taux de croissance annuel supérieur à 25 %, tandis que le marché du CPO atteint un taux de croissance annuel allant jusqu’à 150 % ou davantage. Les capitaux et les ressources de R&D affluent de façon effrénée vers des architectures optiques hautement intégrées.

Deux architectures de CPO, concurrence décalée entre Samsung et TSMC

Confondre le « commutateur CPO » avec les I/O optiques XPU-HBM sous-estimerait gravement la complexité de la concurrence à la prochaine étape. En réalité, il s’agit de deux architectures totalement différentes :

La première est le « commutateur CPO » actuel, qui est la tendance dominante. Le moteur optique est placé à côté du ASIC du commutateur ; les produits de Broadcom et NVIDIA relèvent de ce type. Ils visent à résoudre les problèmes de consommation d’interconnexion et d’intégrité du signal dans des scénarios de commutation à forte bande passante. La barrière de TSMC réside dans la technologie photonique sur silicium, les assemblages avancés et l’intégration avec l’emballage du commutateur.

La deuxième est un emballage I/O optiques conçu pour un système « XPU-HBM ». Sa structure consiste à configurer à la fois XPU (ou GPU), HBM et un moteur optique comprenant PIC et EIC sur un interposer. À ce moment-là, les I/O optiques ne sont plus un composant périphérique du commutateur : elles deviennent réellement une partie du « packaging de calcul ».

Les emballages avancés 2.xD proposés récemment par un cadre de Samsung ciblent précisément cette direction. Le plan prévoit d’intégrer la HBM, la puce logique et la puce photonique sur silicium dans le même emballage, et d’étendre la capacité d’emballage système via des couches de réacheminement de niveau panneau (RDL) avec un rôle d’intermédiaire, afin de répondre aux besoins de débit de bande passante massive exigés par les centres de données d’IA.

Du point de vue des investisseurs, la logique de concurrence entre ces deux architectures est totalement différente : la première met à l’épreuve un seul procédé de fabrication et d’emballage ; la seconde, elle, exige une optimisation conjointe approfondie du calcul, de la mémoire, de l’optique et de l’emballage dès « la phase de conception initiale ».

Le joker de Samsung et les contraintes réelles de rendement sur plusieurs dies

L’avantage potentiel le plus différenciant de Samsung vient de son paysage d’activité « trois-en-un », car il dispose à la fois de HBM, du fonderie pour les puces logiques et d’une plateforme photonique sur silicium.

Même si TSMC possède l’expertise de pointe en fonderie de logique, en photonique sur silicium et en emballage CoWoS, elle ne produit pas de HBM.

Samsung peut déjà connecter la HBM à sa capacité de fonderie via un substrat de base SF4, et établir sa propre plateforme photonique sur silicium. Cela signifie qu’en théorie Samsung peut réaliser en interne la conception conjointe des interfaces HBM, des I/O logiques, du moteur optique et de la gestion thermique, sans dépendre de l’humeur des fournisseurs de mémoire externes.

L’emballage 2.xD est confronté à un test extrêmement exigeant de « rendement multi-dies ». Lorsque la puce logique, la HBM, les PIC, les EIC et l’interposer sont entassés dans le même emballage, la défaillance de n’importe quel composant entraîne la mise au rebut de l’ensemble de l’emballage coûteux.

L’augmentation du nombre de puces, l’expansion de la surface d’emballage et la complexité accrue du bonding amplifient de façon exponentielle les pressions sur le rendement et les risques de coût.

Pendant ce temps, l’adversaire ne reste pas inactif. TSMC fait progresser l’intégration de COUPE et de l’emballage CoWoS, en s’appuyant sur l’accès à la HBM via l’écosystème externe déjà mature.

D’autre part, le géant du stockage SK Hynix complète frénétiquement ses capacités d’emballage avancé : son usine d’emballage avancé dans l’Indiana aux États-Unis, d’un investissement de 3,87 milliards de dollars, entrera en production en 2028, et la société a déjà intégré le CPO dans sa feuille de route de R&D technique au sein des systèmes mémoire.

La collaboration interdomaines entre optique, mémoire et emballage devient un point d’effort commun pour l’ensemble de la chaîne industrielle.

Les commandes sont le seul critère pour départager les vainqueurs

TSMC a remporté la première manche des CPO de commutateurs, avec ses avantages fondés sur des envois d’échantillons clients concrets, des expéditions de produits et des progrès en production de volume.

Samsung, elle, parie sur la prochaine bataille : essayer de prendre de l’avance dans les emballages de calcul d’IA en s’appuyant sur sa capacité d’intégration verticale en HBM, logique et photonique sur silicium.

Mais le marché ne doit pas assimiler « feuille de route technique » à « barrière commerciale imprenable ».

Au cours des 12 prochains mois, un seul signal mérite d’être suivi de près : sur le marché, une commande de design nominative apparaîtra-t-elle, exigeant clairement que la HBM, la puce logique et les I/O optiques soient liées dans le même emballage et confiées à Samsung pour la fabrication ?

Si cette commande se concrétise, le « trois-en-un » de Samsung passera d’actifs sur papier à un véritable atout commercial.

Si, en revanche, la promesse tarde à se concrétiser, la voie flexible construite par TSMC grâce à son procédé de pointe et à l’écosystème externe de HBM restera encore le choix le plus sûr pour les géants de l’IA.

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