Silicon Photonics: Como a Luz Está Resolvendo a Crise de Computação e Energia da IA

Uma única GPU NVIDIA H100 consome 700 watts. Um grande cluster de treinamento de IA com 100 mil delas consome mais energia que uma cidade de médio porte. O uso de eletricidade dos datacenters de IA deve crescer 160% até 2030, chegando a quase 945 terawatts-hora por ano — aproximadamente o consumo total de eletricidade do Japão. Governos locais estão bloqueando novas licenças para datacenters. As concessionárias de energia lutam para provisionar capacidade com rapidez suficiente. A indústria de IA tem um problema energético, e os chips em si são apenas parte dele.

Uma parcela significativa e subestimada dessa energia — até 50% em clusters densamente compactados — é consumida não pela computação, mas pelo movimento de dados entre os chips. Os interconectores elétricos de cobre que ligam GPUs entre si e à memória aquecem, resistem a altas taxas de dados e dissipam enormes quantidades de energia na forma de calor. A física do cobre em escala é um muro que as abordagens tradicionais não conseguem derrubar.

A fotônica de silício é o campo que propõe substituir esses interconectores de cobre por luz. A ideia central é usar sinais ópticos — pulsos de luz laser que viajam por guias de onda de silício — para transportar dados entre chips e entre racks. A luz viaja sem resistência elétrica, sem gerar calor com a transmissão de sinal e com larguras de banda que os fios de cobre não conseguem igualar. Em 2026, a tecnologia está fazendo a transição de uma pesquisa promissora para produção em volume, e os números são expressivos o suficiente para impactar a trajetória energética da indústria.

Como funciona

A fotônica de silício constrói componentes ópticos — guias de onda, moduladores, fotodetectores — em chips de silício usando os mesmos processos de fabricação CMOS já empregados em processadores. Isso é importante porque significa que os componentes ópticos podem ser fabricados em escala nas fundições de semicondutores existentes, sem precisar de uma infraestrutura de fabricação totalmente nova. A Intel fabrica transceptores fotônicos de silício dessa forma desde meados dos anos 2010; a tecnologia já é comercialmente comprovada para interconexões de datacenter há quase uma década.

Os ganhos de eficiência vêm da física da luz versus elétrons. Sinais ópticos consomem de 0,05 a 0,2 picojoules por bit transmitido, contra valores muito maiores para o cobre em distâncias comparáveis. A óptica co-empacotada — que integra motores ópticos diretamente no encapsulamento do chip, em vez de usar módulos plugáveis na borda do rack — reduz a energia de interconexão em aproximadamente 75% em comparação com as soluções ópticas plugáveis atuais, e cerca de 70% em relação às alternativas elétricas equivalentes.

As empresas que estão construindo

Três startups lideram o avanço comercial da fotônica de silício em escala de IA, cada uma com uma abordagem técnica diferente.

A plataforma Passage da Lightmatter é centrada em interpositores fotônicos — essencialmente placas de circuito óptico que ficam entre os chips, conectando-os com luz em vez de traços de cobre. O Passage M1000, disponível desde o verão de 2025, alcança 114 terabits por segundo de largura de banda óptica total em um interpositor fotônico de 4.000 milímetros quadrados. O Passage L200X, com produção prevista para 2026, entrega 64 Tbps por pacote para aceleradores e switches de IA de próxima geração. A Lightmatter foi construída sobre a plataforma GF Fotonix de fotônica de silício da GlobalFoundries, o que lhe dá um parceiro de fabricação com escala para ir além da produção piloto.

A Ayar Labs seguiu o caminho dos chiplets. Seu TeraPHY, o primeiro chiplet de I/O óptico com padrão UCIe do mundo, integra uma interface óptica de 8 Tbps diretamente no encapsulamento de um chip de IA usando o empacotamento 3D avançado da TSMC. O TeraPHY de terceira geração, lançado no início de 2025, afirma ter de 5 a 10 vezes mais largura de banda que alternativas de cobre, 10 vezes menor latência e de 3 a 5 vezes melhor eficiência energética. Em setembro de 2025, a Ayar anunciou parcerias com a Alchip Technologies e a Global Unichip Corp para levar óptica co-empacotada para projetos de chips em produção via tecnologia COUPE de empacotamento da TSMC.

A Celestial AI, adquirida pela Marvell em dezembro de 2025 por US$ 3,25 bilhões, seguiu a integração mais agressiva: embutir interconexões ópticas diretamente no próprio die de silício, em vez de como uma camada separada. Seu chiplet Photonic Fabric entrega 16 Tbps de largura de banda por chiplet, e o módulo completo — combinando um ASIC de 5 nm da TSMC com interpositor fotônico e pilhas de memória HBM3e — fornece 7,2 Tbps de conectividade óptica. A aquisição pela Marvell deve acelerar a implantação em escala, com contribuições de receita projetadas a partir do final de 2027.

As hyperscalers já estão comprando

O sinal mais significativo para a trajetória de curto prazo da fotônica de silício não são as startups — são as decisões de procurement das hyperscalers. A Microsoft implanta interconexões fotônicas de silício em datacenters Azure desde 2016 e, em novembro de 2025, aprofundou a integração em toda a sua infraestrutura de clusters de IA. O Google intensificou sua implantação interna de comutação óptica de circuitos e interconexões fotônicas em dezembro de 2025. AWS, Google, Meta e Microsoft se comprometeram com a óptica co-empacotada nas atualizações de rede de próxima geração, com programas ativos de procurement rodando em 2025 e 2026.

Os números de volume refletem esse momentum. O módulo óptico de 1,6 terabit por segundo — o produto de ponta atual — deve saltar de aproximadamente 2,5 milhões de unidades enviadas em 2025 para 20 milhões de unidades em 2026. A fotônica de silício deve capturar de 50% a 70% desse segmento de alta largura de banda até o final do ano. O mercado de fotônica para datacenters como um todo é estimado em US$ 2,7 bilhões em 2026, crescendo para US$ 4,1 bilhões até 2034.

O que ainda é difícil

Os desafios restantes são reais e merecem ser nomeados. A integração do laser é o mais fundamental: o silício não emite luz naturalmente por causa de sua estrutura eletrônica, então a fotônica de silício prática requer a fixação de materiais emissores de luz (tipicamente fosfeto de índio) sobre substratos de silício. A precisão de fabricação necessária é significativa, e circuitos integrados fotônicos complexos atualmente têm rendimento abaixo de 60% para designs avançados.

A sensibilidade térmica é uma dor de cabeça persistente. Os ressonadores em anel e interferômetros que formam os componentes ópticos centrais dos chips fotônicos de silício são extremamente sensíveis a variações de temperatura — alguns graus podem desafiná-los o suficiente para causar erros de sinal. O ajuste térmico ativo e a estabilização adicionam complexidade e consumo de energia que compensam parcialmente os ganhos de eficiência.

A cadeia de suprimentos também é concentrada de forma a criar riscos. Atualmente, a TSMC é a única fundição capaz de fazer o empilhamento 3D ultrapreciso de chips necessário para óptica co-empacotada em escala. Qualquer interrupção na produção da TSMC se propagaria por toda a cadeia de suprimentos de fotônica para IA.

A trajetória

O arco da fotônica de silício na infraestrutura de IA está mais claro agora do que em qualquer outro momento anterior. As hyperscalers não estão pilotando a tecnologia — estão adquirindo-a em escala. As startups líderes já saíram dos demos e estão entregando produtos. A produção em volume dos módulos de 1,6T está em andamento. A participação da Intel em transceptores ópticos de silício está em cerca de 30% hoje, com previsão de 60% até 2030.

O muro de cobre que limita os clusters de IA de hoje é um limite físico real, não um problema de planejamento que mais financiamento possa resolver. A fotônica de silício é o caminho mais claro para contorná-lo. Se a transição acontecer rápido o suficiente para mudar a trajetória energética da infraestrutura de IA é uma questão de escala de fabricação e desenvolvimento da cadeia de suprimentos, mais do que de tecnologia fundamental. Em 2026, as evidências sugerem que está acontecendo mais rápido do que a maioria dos observadores esperava.