AI networking scale-across and scale-in optical interconnect infrastructure: Redes de IA entre clusters podem elevar significativamente a demanda por óptica coerente, fibra de núcleo oco e OCS

Visão geral

Este relatório setorial analisa como a infraestrutura de IA pode evoluir além de clusters em um único data center. A Nomura argumenta que redes de escala entre clusters conectando vários data centers em um único pool de computação, juntamente com a arquitetura de escala interna da NVIDIA, elevarão a demanda por hardware avançado de redes ópticas e infraestrutura relacionada.

Visões principais

A tese central da Nomura é que modelos de treinamento de IA que excedem trilhões de parâmetros e cargas de inferência em rápida expansão estão expondo limites de energia, resfriamento, terreno e topologia em arquiteturas convencionais de escala vertical e horizontal dentro de um único cluster ou data center. A escala entre clusters, proposta pela NVIDIA em 2025, conecta data centers distribuídos geograficamente em um pool unificado de computação de IA capaz de executar uma única tarefa. Ela difere da escala vertical, que conecta GPUs dentro de um nó ou rack, e da escala horizontal, que adiciona gabinetes dentro de um data center. A Nomura considera que a escala entre clusters se torna cada vez mais necessária quando os clusters de IA ultrapassam os limites físicos de um único campus. A transição impõe requisitos de rede superiores aos da interconexão tradicional de data centers. O DCI tradicional normalmente suporta sincronização, backup e distribuição de conteúdo em 100G-400G, enquanto o treinamento distribuído de IA requer maior largura de banda, menor latência, menor perda de pacotes e alta confiabilidade. A Cisco estima que conectar 1mn XPUs por meio de escala entre clusters requer aproximadamente 14 vezes a largura de banda das redes WAN/DCI. A Nomura destaca transceptores coerentes de 800G/1.6T, fibra de núcleo oco, OCS e roteadores e switches DCI/WAN/metro como a espinha dorsal entre locais. O alcance da escala entre clusters pode exceder 500m, chegar a 20km para treinamento síncrono e a 100km ou mais para uso assíncrono, ante menos de 4m típicos na escala vertical e 100m-2km na escala horizontal. O relatório identifica diversas tecnologias habilitadoras. Os módulos coerentes são mais adequados que os módulos IM-DD para links de longa distância: IM-DD transmite menos de 2km, enquanto módulos coerentes podem alcançar 80-120km. O coherent-lite, inicialmente proposto pela Google em 2021, utiliza DSP simplificado, oferecendo menor custo e consumo de energia para links de 2-20km; a Nomura espera seu uso em escala horizontal, entre clusters e DCI. A fibra de núcleo oco substitui o vidro por ar, gases inertes ou vácuo como meio de transmissão, reduzindo latência e perdas; a FiberHome cita latência de transmissão 31% inferior à da fibra tradicional de núcleo sólido. OCS proporciona comutação totalmente óptica flexível com alta largura de banda, e a Nomura considera que sua combinação com coherent-lite pode suportar a expansão para a era de módulos 2.4T/3.2T. A Nomura também descreve sistemas de linha fotônica multirraíl como forma de acomodar capacidade de escala entre clusters que pode chegar a tens of petabits per second em centenas de pares de fibra sem aumentos inviáveis de sites, espaço e energia. A Ciena estima que a tecnologia pode elevar em 32 vezes o número de pares de fibra por rack, apoiando a demanda por transceptores coerentes e amplificadores de alta densidade. A solução Spectrum-XGS da NVIDIA combina software e hardware para escala entre clusters, incluindo ConnectX-8 e BlueField-3 SuperNIC compatíveis com 800Gb/s, módulos ópticos de 1.6T e transceptores coerentes para data centers geograficamente dispersos. A escala interna é o segundo tema arquitetônico principal do relatório. A NVIDIA a posiciona como uma camada de fronteira norte-sul que conecta dados empresariais à computação de IA, onde DPU e Ethernet descarregam acesso de usuários, processamento de dados, armazenamento, isolamento e segurança de CPUs e GPUs. A Nomura prevê maior relevância na era da Agentic AI, pois interações de agentes em múltiplas rodadas aumentam a complexidade de transferência e armazenamento, e setores como finanças e saúde exigem criptografia e isolamento antes que os dados ingressem nos clusters de computação. O BlueField-4 da NVIDIA é descrito como fornecendo isolamento Zero Trust em nível de hardware e descarga de armazenamento multitenant, com 18X de largura de banda de serviço AI Factory e 2X de desempenho de aceleração de armazenamento. As evidências de mercado, na visão da Nomura, sustentam uma oportunidade em rápida expansão. A Ciena projeta que AI-WAN, incluindo rede, DCI e estruturas de escala entre clusters, aumente de USD7bn para USD14bn em 2026-29E, ou cerca de 30% CAGR, e espera que a escala entre clusters alcance USD8-10bn em 2029E. Para um trecho de 80km que atende a um cluster de 500,000-GPU, a Ciena estima TAM de escala entre clusters de cerca de USD500mn, ou USD1,000 por GPU sem amplificadores; o valor sobe para USD1bn em 1,000km e USD2bn em 2,000km, com a migração de pluggables ZR/ZR+ para modems de alto desempenho. A Cignal AI estima CAGR de 145% para 800G ZR/ZR+ entre 2025 e 2029E, enquanto o mercado de OCS deve crescer de cerca de USD400mn em 2025 para mais de USD2.5bn em 2029E, CAGR de aproximadamente 58% em quatro anos. A Coherent elevou sua orientação para o mercado global de OCS em 2030 de USD2bn para USD4bn. A demanda por fibra é outro elo importante. A CRU estima que a demanda por cabos de fibra óptica para cargas de IA cresceu 77% ano a ano em 2025E e projeta CAGR de 26% em 2025-29E. A Nomura observa que um único data center de GW pode exigir vários milhões a 10mn fkm de fibras ópticas. CSPs norte-americanos já começaram a implantar ou testar fibra de núcleo oco: a AWS havia implantado a tecnologia em 10 data centers principais até 2026, a Microsoft planeja instalar 15,000km na rede global Azure até o fim de 2026, e Google e Meta iniciaram testes relacionados. Na China, o relatório afirma que a escala entre clusters ainda representa uma parcela relativamente pequena e não atingiu um ponto de inflexão de demanda em larga escala, embora China Mobile e ZTE tenham introduzido tecnologias relevantes e concluído verificação comercial. O cenário competitivo abrange DSPs ópticos, transceptores, OCS e fibra. Marvell e Acacia lideram os mercados coerentes 400G+, seguidas por Ciena, Nokia e Huawei, enquanto Ciena, Infinera/Nokia e Huawei desenvolvem DSPs para uso interno. Google, Coherent e Lumentum são identificadas como participantes principais atuais do mercado de OCS. Em fibra de núcleo oco, a Nomura identifica YOFC, Hengtong Optoelectronics, Lightera e Relativity Networks como fornecedores centrais. A Nomura espera que YOFC se beneficie da comercialização de fibra de núcleo oco e que Zhongji InnoLight e Accelink se beneficiem da crescente demanda por transceptores coerentes de alta velocidade.

Estrutura de análise

A Nomura primeiro diferencia as arquiteturas de escala vertical, horizontal, entre clusters e interna, e então relaciona as limitações dos clusters de IA ao desempenho de rede necessário. Ela avalia a pilha tecnológica, estimativas de mercado, exemplos de implantação, cadeia de valor e posições competitivas para identificar potenciais beneficiários.

Notas metodológicas

• Marco de análise setorialMarco de oferta e demanda

  Análise de oferta e demanda de redes de IA

  O relatório relaciona os crescentes requisitos de computação de IA distribuída à demanda por módulos ópticos, fibra, switches, OCS e equipamentos de rede relacionados.

• Marco de análise setorialTransmissão entre elos da cadeia de valor

  Análise da cadeia de valor da escala entre clusters

  O relatório acompanha a demanda de CSPs, provedores de IDC e operadores de telecomunicações por equipamentos de rede e sistemas ópticos até fornecedores de chips, componentes, transceptores e fibra.

• Marco de análise setorialDecomposição de volume e preço

  Dimensionamento de mercado baseado em TAM e capacidade

  O relatório utiliza o tamanho de clusters de GPU, distância de rota, necessidades de largura de banda, pares de fibra e previsões de mercado para ilustrar a oportunidade de equipamentos de escala entre clusters.

Mapeamento e comparação de ativos

Mapeamento estruturado da tese para ativos nomeados (pontos fortes, pontos fracos, pares e riscos).

• YOFC (6869 HK)

  A Nomura espera que a empresa se beneficie da comercialização de fibra de núcleo oco para redes de escala entre clusters.

  Pontos fortes

  Produção em massa de fibra de núcleo oco; entregas reportadas a três operadores de telecomunicações.

  Comparação

  Segundo a CRU, a YOFC ocupou a segunda posição na participação global de cabos de fibra óptica em 2025, com cerca de 14.57%, atrás da Corning, com cerca de 19.52%.

  Riscos

  Demanda por fibra de telecomunicações na China abaixo do esperado, expansão mais lenta de redes de IA ou de mercados internacionais e penetração mais lenta de fibra de núcleo oco podem impedir o alcance do preço-alvo.

• Zhongji InnoLight (300308 CH)

  A Nomura espera que a empresa se beneficie da maior demanda por transceptores ópticos coerentes de alta velocidade.

  Riscos

  Demanda abaixo do esperado por módulos ópticos de alta gama, concorrência em módulos 400G e 800G, atualizações mais lentas de 800G e 1.6T ou concorrência de preços podem impedir o alcance do preço-alvo.

• Accelink (002281 CH)

  A Nomura espera que a empresa se beneficie da demanda por transceptores ópticos coerentes de alta velocidade.

  Pontos fortes

  Utiliza DSP da Marvell em um transceptor coherent-lite de 1.6T para distâncias de interconexão de até 20km.

  Riscos

  Menor demanda por componentes ópticos dos mercados de dados e telecomunicações, avanço mais lento de P&D de chipsets ópticos, concorrência de preços e diluição de margens, ou piora das sanções no setor de tecnologia podem impedir o alcance do preço-alvo.

• NVIDIA (NVDA US)

  A NVIDIA introduziu os conceitos de escala entre clusters e escala interna e fornece as plataformas BlueField e Spectrum-X Ethernet discutidas no relatório.

  Pontos fortes

  Sua arquitetura posiciona DPU e Ethernet como componentes centrais das redes de fábrica de IA.

Dados principais

• TAM de AI-WANUSD7bn to USD14bnProjeção da Ciena para 2026-29E, equivalente a cerca de 30% CAGR.
• TAM do mercado de escala entre clustersUSD8-10bnExpectativa da administração da Ciena para 2029E.
• Requisito de largura de banda da escala entre clustersAbout 14x WAN/DCIEstimativa da Cisco para conectar 1mn XPUs.
• Alcance de transceptores coerentes80-120kmEm comparação com menos de 2km para transceptores ópticos IM-DD.
• CAGR do mercado 800G ZR/ZR+145%Estimativa da Cignal AI para 2025-29E.
• Tamanho do mercado de OCSAbout USD400mn in 2025 to over USD2.5bn in 2029EPrevisão da Cignal AI, implicando CAGR de aproximadamente 58% em quatro anos.
• Crescimento da demanda de fibra para cargas de IA77% y-y in 2025E; 26% CAGR in 2025-29EEstimativas da CRU.
• Latência da fibra de núcleo oco31% lower than traditional solid-core fiberNúmero da FiberHome para sua fibra de nova geração de perda ultrabaixa.

Impacto e implicações

A Nomura considera que a infraestrutura de IA distribuída deslocará os gastos de rede para sistemas ópticos de longo alcance, alta largura de banda e baixa latência. O relatório destaca oportunidades para fornecedores de transceptores coerentes, OCS e fibra de núcleo oco, ao mesmo tempo que aponta que a China ainda está em uma fase mais inicial de adoção do que o mercado internacional.

Pontos a observar

• A implantação comercial de redes de escala entre clusters por CSPs norte-americanos e o ritmo de instalação de fibra de núcleo oco.
• A adoção de óptica coerente 800G e 1.6T, coherent-lite e OCS em interconexão de data centers de IA.
• Se a demanda por escala entre clusters em larga escala na China atinge um ponto de inflexão.