הצמיחה המהירה של יישומי בינה מלאכותית מציבה את מרכזי הנתונים בפני מגבלה פיזיקלית והנדסית ברורה: קשה יותר ויותר להעביר כמויות עצומות של מידע באמצעות חיבורי נחושת רגילים, בלי להיתקל בצריכת חשמל גבוהה, התחממות, השהיות ומגבלות קלט־פלט. בהרצאה שנשא בכנס ChipEx2026, הציג יעקוב רויזין מטאואר סמיקונדקטור את פוטוניקת הסיליקון כאחת הטכנולוגיות המרכזיות שיאפשרו להמשיך להגדיל את תשתיות ה־AI בשנים הקרובות.

לדברי רויזין, המגבלות המרכזיות של מערכות אלקטרוניות גדולות אינן נובעות רק מכוח החישוב של המעבדים עצמם. הן קשורות גם ליכולת להזיז נתונים במהירות בין מעבדים, זיכרונות, שרתים וארונות תקשורת. תשתיות AI מודרניות זקוקות להעברת מידע בהיקפים עצומים, ולעיתים צוואר הבקבוק אינו החישוב אלא התקשורת. כאן נכנסת לתמונה פוטוניקת הסיליקון: שימוש באור, במקום באלקטרונים בלבד, כדי להעביר מידע בקצבים גבוהים יותר ובצריכת אנרגיה נמוכה יותר.

רויזין חילק את האתגר לשלושה ממדי הרחבה. הראשון הוא Scale Up – הגדלת צפיפות החישוב בתוך ארון שרתים יחיד. השני הוא Scale Out – חיבור יעיל בין ארונות רבים באותו מרכז נתונים. השלישי הוא Scale Across – חיבור בין מרכזי נתונים במרחקים גדולים. בכל אחד מהמקרים, החיבור האופטי אמור להפחית את העומס על החיבורים החשמליים ולשפר את היחס בין ביצועים, רוחב פס וצריכת חשמל.

ממקלטים אופטיים נשלפים לאופטיקה משולבת במעבד

השימוש המסחרי המרכזי כיום בפוטוניקת סיליקון נמצא במקמ"שים אופטיים, רכיבים שממירים אותות חשמליים לאותות אופטיים ולהפך. רכיבים אלה מחברים בין שרתים, מתגים ומערכות מחשוב עתירות ביצועים. לפי רויזין, זהו כבר שוק גדול מאוד, בעיקר עבור חיבורי Scale Out במרכזי נתונים.

השלב הבא הוא מעבר ל־Co-Packaged Optics, או CPO. בגישה זו, הרכיבים האופטיים אינם נמצאים רק בקצה המערכת, אלא משולבים קרוב הרבה יותר לרכיבי החישוב והתקשורת החשמליים. קיצור המרחק שאותו צריכים לעבור האותות החשמליים מפחית הספק, מקטין השהיה ומאפשר רוחב פס גבוה יותר. טאואר עצמה הודיעה בנובמבר 2025 על טכנולוגיית יציקה חדשה ל־CPO, המבוססת על אינטגרציה תלת־ממדית בקנה מידה של פרוסות שבבים ועל שילוב בין פוטוניקת סיליקון לבין רכיבי SiGe BiCMOS. (Tower Semiconductor)

רויזין הדגיש כי אחד היתרונות של פוטוניקת סיליקון הוא התאמתה לתשתיות ייצור קיימות של CMOS. מפעלי יציקה שכבר צברו ניסיון של עשרות שנים בייצור שבבים יכלו להיכנס לתחום במהירות יחסית, כאשר הביקוש מצד מרכזי הנתונים, תשתיות AI ותקשורת 5G ו־6G החל לגדול. לפי הנתונים שהוצגו בהרצאה, טאואר מפעילה שישה מפעלי ייצור בעולם, וארבעה מהם מעורבים בייצור רכיבי פוטוניקת סיליקון, כולל המפעל במגדל העמק. החברה מדווחת על הרחבה מהירה של הקיבולת בתחום זה, עם גידול של פי ארבעה בשנה שעברה וצפי לגידול נוסף השנה.

הכיוון הטכנולוגי ברור: רוחבי הפס עולים במהירות. כיום מדובר במערכות של 1.6 טרה־ביט לשנייה, כאשר היעד הבא הוא 3.2 טרה־ביט לשנייה. במרץ 2026 הודיעו טאואר ו־Coherent על הדגמה של העברת נתונים בקצב 400 גיגה־ביט לשנייה לערוץ, באמצעות מודולטור סיליקון בתהליך פוטוניקת סיליקון המתאים לייצור, כצעד לעבר מקמ"שים אופטיים של 3.2 טרה־ביט לשנייה. (Tower Semiconductor)

האתגר הבא: מקורות אור, מודולטורים ואינטגרציה תלת־ממדית

לצד הייצור עצמו, רויזין הצביע על כמה אבני בניין שיקבעו את קצב ההתקדמות של התחום. אחת מהן היא שילוב מקורות אור על גבי שבב פוטוני. בין הפתרונות שהוזכרו נמצאים לייזרים מבוססי אינדיום פוספיד, המשולבים כ־chiplets בתוך שבבי פוטוניקת סיליקון, וכן מקורות אור מסוג VCSEL, שמתחילים להראות יכולות מודולציה גבוהות במיוחד.

מרכיב מרכזי נוסף הוא המודולטור – הרכיב שמקודד מידע על גבי האור. מודולטורים מבוססי אינדיום פוספיד או ליתיום ניובט יכולים לפעול בקצבים גבוהים מאוד, ובכך להגדיל את כמות המידע שניתן להעביר בכל ערוץ אופטי. לצד זאת, רויזין התייחס גם לרכיבי סיליקון ניטריד, המתאימים ליישומים שבהם נדרש אובדן אופטי נמוך במיוחד, למשל בתחומים כמו מחשוב קוונטי או רכיבים לא־ליניאריים.

תחום נוסף שהוזכר הוא מטא־חומרים. אלה מבנים זעירים מאוד, שמאפשרים לשלוט באור בדרכים שקשה להשיג באופטיקה קלאסית. באמצעות תכנון וייצור מדויקים של מבנים כאלה ניתן ליצור אלמנטים אופטיים חדשים, לשפר ביצועים ולהקטין את שטח הרכיבים.

בסופו של דבר, המסר המרכזי של ההרצאה היה שפוטוניקת סיליקון אינה רכיב נלווה בלבד, אלא שכבת תשתית מרכזית בדור הבא של מרכזי הנתונים. היא אינה מחייבת בהכרח את צומתי הייצור האלקטרוניים המתקדמים ביותר, אך היא דורשת שליטה עמוקה בחומרים, ליתוגרפיה, אינטגרציה תלת־ממדית, תכנון אלקטרוני־אופטי וייצור בנפחים גדולים. בעולם שבו מודלי AI גדולים דורשים עוד ועוד רוחב פס, הטכנולוגיה הזאת עשויה לקבוע לא רק כמה מהר המערכות יחשבו, אלא גם כמה ביעילות הן יצליחו לדבר זו עם זו.

הפוסט פוטוניקת סיליקון תהפוך לתשתית מרכזית בדור הבא של מרכזי הנתונים ל־AI הופיע לראשונה ב-Chiportal.