AIチップ向け光I/O市場 サイズとシェア 2026-2035

AIチップ向け光I/O市場規模

世界のAIチップ向け光I/O市場は、2025年に11億米ドル、2026年には15億米ドルに達すると推定される。2035年までに140億米ドルに達し、2026年から2035年にかけて年平均成長率（CAGR）27.8%で拡大すると予測される。

この拡大の背景には、AIシステムにおいてネットワークが制約要因となる場所の変化がある。アクセラレータークラスターに搭載されるデバイス数が増えるにつれ、コンピューティング、スイッチング用シリコン、フロントパネル光学系の間の電気的距離が、電力および信号整合性の予算に占める割合を高めている。光I/Oは、ラックエッジに配置するリニア・プラガブルから、ASICパッケージの隣接部または内部に配置する光エンジンまで、幅広いアーキテクチャによってこの制約に対応する。

短期的な売上基盤は、800Gおよび1.6Tリンクへの比較的導入・保守しやすい経路を提供するリニア・プラガブル光学系（LPO）が中心となっている。中長期的な成長余地は、コパッケージドオプティクス（CPO）、近接パッケージ光学系（NPO）、およびパッケージ内光I/O（OIO）にある。これらは電気的経路を短縮し、データ転送に伴うエネルギー負担を軽減できる。Broadcomは2024年3月、51.2 TbpsのCPOスイッチプラットフォームを発表し、実験室での実証から商用スイッチアーキテクチャへの移行を後押しした^{[1]Broadcom, "51.2-Tbps Co-Packaged Optics Ethernet Switch Platform," investors.broadcom.com.}。したがって、商用面での課題は、AIファブリックにおいて光が銅線に置き換わるかどうかではなく、認定、修理、パッケージングの複雑性を正当化できるほどの電力削減効果を、どの統合階層がもたらすかに移っている。

シリコンフォトニクスは、フォトニック機能と半導体製造のノウハウを組み合わせられることから、量産の中心となるプラットフォームである。ただし、レーザーなどの能動光コンポーネントへの依存は残っており、これらはシリコンダイの外部に配置される場合も、異種集積される場合もある。対象市場には、シリコンフォトニクス（SiPh）、リン化インジウム（InP）、薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）、異種・ハイブリッドプラットフォーム、その他のフォトニック材料が含まれ、AI学習、AI推論、データセンターのネットワーキングおよびスイッチング、HPCにわたって利用される。需要はハイパースケーラーとクラウドプロバイダーに集中している。これらの企業では規模が大きいため、ポート単位の電力削減が経済的に重要となる。一方、企業向けおよびソブリンAIプロジェクトが、予測期間を通じて購入企業の裾野を広げる^{[2]Nature Electronics, "Co-Packaged Optics for High-Performance Computing and Artificial Intelligence," nature.com.}。

この移行の順序は、単一のフォームファクターに賭けるのではなく、複数の統合階層に対応できるサプライヤーに有利に働く。また、売上高の成長が出荷数量と単純に連動しないことも意味する。高度に統合されたソリューションは、導入リンク当たりのフォトニックおよびパッケージング要素が多いのに対し、LPOは、交換可能なモジュールと調達先の多様性を重視するシステム運用事業者の間で、相当な数量を維持する。したがって、この予測は段階的な移行を反映している。プラガブル製品が現在の大規模導入を支える一方、コパッケージドおよびパッケージ内の設計が、深刻化するワット当たり帯域幅の制約に対応する。

対象期間は 2022〜2035年で、2025年を基準年、2026〜2035年を予測期間としています。評価対象には、製品タイプ、技術、用途、最終ユーザー別のセグメンテーションに加え、北米、欧州、アジア太平洋、ラテンアメリカ、中東・アフリカが含まれます。

主要な成長要因

AIクラスターの規模拡大により、計算処理の導入単位当たりの光学部品搭載量が増加

AIトレーニング用ファブリックでは、アクセラレーター、スイッチ、ストレージ、制御層の間に、高密度かつ低遅延のリンクが必要です。ポート速度が向上するにつれて、フロントパネルにおける電気損失とイコライゼーション要件の管理は難しくなります。その結果、特に大規模クラスターによって高速リンク数が増幅されるスケールアウトネットワークでは、光学部品は周辺コンポーネントではなく、容量を実現するための重要な入力要素となります。OIFが 2025年に実施した 112G、224G、448Gの共通電気I/O信号に関する相互運用性実証は、業界がより高速なレーン速度に備えていることを示しています ^{[3]OIF, "448G, 224G and 112G CEI Interoperability Demonstration," oiforum.com.}。

CPOが電力効率を重視したスイッチアーキテクチャを商用化

光エンジンをスイッチASICに隣接して配置することで、CPOはスイッチング用シリコンと着脱式トランシーバーの間にある長い電気経路の大部分を排除します。Broadcomの 51.2 Tbpsプラットフォームは、6.4 Tbpsの光エンジンを8基統合し、従来のプラガブル方式と比較して 70%の電力削減を報告しています。この差は、ネットワーク電力に加えて、すでに高水準にあるアクセラレーターと冷却の負荷がかかるAIデータホールにおいて、特に重要です。大規模な導入済み設備全体でアーキテクチャを標準化し、それに伴う共同設計プロセスに対応できる場合に、このメリットは最も大きくなります。

国内フォトニクス投資が供給側の生産能力を強化

米国商務省は 2025年1月、Infinera向けのCHIPSインセンティブを発表し、リン化インジウムの製造および先進パッケージングへの支援を盛り込みました ^{[4]NIST and U.S. Department of Commerce, "CHIPS Incentives Award for Infinera," nist.gov.}。また、テキサス州シャーマンにおけるInPウェハ製造の拡張について、Coherentとの予備的条件を別途発表しました。シリコンフォトニクスを受動的なルーティングや変調に使用する場合でも、InPレーザーおよび関連するアクティブコンポーネントは依然として重要な入力部品であるため、これらの施策は重要です。製造支援によって入力部品のボトルネックは緩和される可能性がありますが、高速光学コンポーネントに求められる長期にわたる認定要件がなくなるわけではありません。

標準化により、高速光学部品は個別設計から再現性のある調達へ移行

共通電気インターフェースと相互運用可能な光学仕様は、スイッチやアクセラレーターの設計を変更せずに、買い手が複数のベンダーから調達できるかどうかを決定します。OIFの800ZR実装合意および400ZRの更新は、インターフェースに関する合意が大容量接続の拡張性をどのように支えるかを示す一例です。AIチップでは、高速電気I/Oに関する取り組みが同様の商業的効果をもたらします。すなわち、コンポーネント開発企業に1.6T以上に向けたより明確な目標を与えると同時に、システムメーカーが性能認定を単一サプライヤーとの関係から切り離せるようにします。

フォトニック集積により帯域密度の経済性が向上

レーン速度の向上には、ドライバー、変調器、光検出器、パッケージング、熱管理の間で、より緊密な連携が求められる。Marvellは 2024年に 200G 3Dシリコンフォトニクスエンジンを実証し、インフラの高速化に向けて光機能と電子機能を統合する重要性を示した ^{[5]Marvell Technology, "200G 3D Silicon Photonics Engine," investor.marvell.com.}。技術開発は最大ビットレートだけを追求するものではない。損失の少ない配線、駆動電圧の低減、より小型の光エンジンが、限られた電力およびパッケージ予算の制約内にアーキテクチャを収められるかどうかを左右する可能性がある。

主な抑制要因

先進光パッケージングはコストと歩留まりの負担を伴う

CPO、NPO、OIOでは、レーザー結合、フォトニックダイの取り付け、高速電気インターフェース、熱経路、ファイバー管理など、複数の繊細な機能を小さな物理的空間に集約する。モジュールはフロントパネルで交換できる一方、故障した光共同パッケージエンジンの交換には、より複雑な保守作業が必要になる可能性がある。これにより認定基準が変わり、初期導入は、多数のポート、高い社内システムエンジニアリング能力、明確な電力制約下での導入ニーズを持つ事業者にとって最も実行可能なものとなる ^{[6]Semiconductor Engineering, "Co-Packaged Optics in AI Data Centers," semiengineering.com.}。

エコシステムの成熟度は、最も意欲的な集積ロードマップに後れを取っている

業界では共通の電気インターフェースが実証されているものの、高度な集積段階における機械、光、熱、試験、フィールドサービスの運用は、依然としてアーキテクチャごとに異なる。その結果、市場は二分されている。LPOは、購入者が迅速な導入とベンダーの選択肢を必要とする領域で拡大できる一方、CPOとOIOには、ASICサプライヤー、フォトニクス企業、ファウンドリー、受託製造企業、クラウド事業者の協調的な参加が必要となる。この調整要件により、理論上のエネルギー優位性が明確であっても、収益化が遅れる可能性がある。

サプライチェーンへの影響は大きい。InPの生産能力に対するインセンティブは、アクティブ光部品の供給可能性を高める可能性があるものの、試験容易性を考慮した設計や保守性に関する規律の代替にはならない。フォトニクス性能に加え、信頼性のある製造能力とライフサイクルサポートを提供できるベンダーは、研究室レベルの帯域幅だけを差別化要因とするサプライヤーに先行する可能性が高い。これにより、CPOの成長がより速い場合でも、LPOが商業的な重要性を維持する余地が生まれる。

AIチップ向け光I/O市場のセグメント分析

製品タイプ別

LPOの市場規模は、2025年の6億9,698万米ドルから、2026年には9億3,222万米ドル、2035年には49億1,454万米ドルに達し、年平均成長率（CAGR）は20.29%となる。運用面で馴染みのあるプラガブルアーキテクチャとの互換性が、LPOの位置付けを支えている。CPOの市場規模は、2025年の1億1,366万米ドルから、2026年には1億8,644万米ドル、2035年には39億3,163万米ドルに拡大し、CAGRは40.32%となる。この成長は、スイッチ側の電力密度と、プラットフォームサプライヤーによる商用展開の実績に結び付いている。

NPOの市場規模は、8,822万米ドルから1億3,894万米ドル、さらに25億2,748万米ドルへと拡大し、CAGRは38.03%となる。電気信号の到達距離短縮と、分離可能な光エンジンサービスの保守性を両立する選択肢となっている。OIOの市場規模は、7,097万米ドルから1億1,104万米ドル、さらに19億6,582万米ドルへと増加し、CAGRは37.62%となる。ただし、演算処理の近傍に光インターフェースを配置できるアクセラレーターのパッケージングアーキテクチャが必要となる。OBOの市場規模は、それぞれ1億3,289万米ドル、1億7,516万米ドル、7億208万米ドルとなり、CAGRは16.68%である。基板レベルの近接配置が有用である一方、完全なコパッケージ化には時期尚早な市場において、移行期の役割を果たしている。

技術別

SiPhの市場規模は、2025年の6億1,130万米ドルから、2026年には8億7,522万米ドル、2035年には95億4,825万米ドルへと拡大し、CAGRは30.41%となる。SiPhは、フォトニクスの量産統合に向けた主要な経路となるが、レーザー光源への依存により、ハイブリッドサプライチェーンは引き続き存在する。InPの市場規模は、2億6,578万米ドルから3億5,033万米ドル、さらに14億415万米ドルへと増加し、CAGRは16.68%となる。InPはアクティブ光機能において重要な役割を維持し、国内の生産能力投資の恩恵を受けている。

TFLNの市場規模は、1億4,562万米ドルから1億9,891万米ドル、さらに14億415万米ドルへと拡大し、CAGRは24.25%となる。その商業的な重要性は、変調器の性能を量産可能なウエハープロセスへ移行できるかどうかに左右される。異種・ハイブリッド統合の市場規模は、5,372万米ドルから8,313万米ドル、さらに14億415万米ドルへと増加し、CAGRは36.90%と技術別で最も高い成長率となる。これは、シリコン、III-V族材料、その他のフォトニクス層の強みを組み合わせられるためである。その他のプラットフォームは、2,630万米ドルから3,622万米ドル、さらに2億8,083万米ドルへと拡大し、CAGRは25.55%となる。

用途別

AIトレーニングの市場規模は、2025年の5億8,868万米ドルから、2026年には8億1,584万米ドル、2035年には67億3,994万米ドルとなり、CAGRは26.44%となる。大規模で同期化されたトレーニングファブリックでは、高ラジックスイッチングと低遅延接続が重視されるため、AIトレーニングは800Gおよび先進的なスイッチ光学部品の初期主要市場となっている。AI推論の市場規模は、1億5,495万米ドルから2億2,920万米ドル、さらに30億8,914万米ドルへと拡大し、CAGRは33.51%となる。生産環境でのサービス提供が複数の施設やネットワーク階層に分散することで、需要が拡大している。データセンターのネットワーキングおよびスイッチングの市場規模は、2億5,900万米ドルから3億6,339万米ドル、さらに33億6,997万米ドルへと増加し、CAGRは28.08%となる。これには、AI運用を支える、より広範な東西方向およびキャンパス内の接続が含まれる。HPCおよび科学計算の市場規模は、1億9万米ドル、1億3,538万米ドル、8億4,249万米ドルとなり、CAGRは22.52%である。この分野では、通常、認定を重視した調達サイクルが採用される。

最終利用者別

ハイパースケーラーおよびクラウドプロバイダーの市場規模は、2025年の7億5,268万米ドルから、2026年には10億5,335万米ドル、2035年には95億4,825万米ドルとなり、CAGRは27.75%となる。ポート数が集中しているため、これらの企業はCPOを経済的にいち早く採用する主体となる。企業データセンターの市場規模は、9,981万米ドルから1億5,201万米ドル、さらに23億8,706万米ドルへと拡大し、CAGRは35。

80%;この高い成長率は、より小規模な基盤とプライベートAIインフラの普及を反映しているが、統合に関する選択は引き続き慎重になる見込みである。HPCおよび研究機関向けは、1億9,001万米ドルから2億5,176万米ドル、さらに11億2,332万米ドルへと拡大し、年平均成長率（CAGR）は18.08%となる。政府・防衛分野は、6,023万米ドルから8,669万米ドル、さらに9億8,291万米ドルへと拡大し、成長率は30.97%となる。これは、フォトニクス製造プログラムからも確認できる、安全なコンピューティングと国内供給を重視する方針に支えられている。

用途別およびエンドユーザー別の動向も、この違いを裏付けている。トレーニングクラスターとハイパースケーラーは、トラフィック、調達権限、電力コストが集中するため、実証の場として合理的である。推論分野と企業向け分野のより高い成長率は、需要が後の段階で広がることを示しているが、製品選択が同一になることを意味するものではない。推論事業者は、アクセラレーターに近接して配置される光エンジンがもたらす最大限のエネルギー削減よりも、モジュール性と運用上のレジリエンスを重視する可能性がある。

AIチップ向け光I/O市場の地域別分析

北米

北米の市場規模は、2025年の6億3,788万米ドルから、2026年には8億7,166万米ドル、2035年には61億7,828万米ドルに達し、年平均成長率（CAGR）は24.31%となる。米国の市場規模は、2025年の6億252万米ドル、2026年の8億2,294万米ドルから、2035年には58億742万米ドルに達し、CAGRは24.25%となる。カナダは、2025年の3,536万米ドルから2035年の3億7,086万米ドルへ拡大し、CAGRは25.30%となる。同地域では、ハイパースケーラーの需要、スイッチおよびフォトニクス設計における主導的地位、アクティブ光コンポーネント製造に対する政策支援が組み合わさっている。この集積により、CPOの認定を迅速化できる一方、限られた買い手に購買力が集中する。

欧州

欧州の市場規模は、2025年の3億3,930万米ドルから2026年には4億8,927万米ドル、2035年には56億1,662万米ドルへ拡大し、CAGRは31.15%となる。ドイツは、7,521万米ドルから2035年までに12億3,477万米ドルへ拡大し、CAGRは31.04%となる。英国は、7,834万米ドルから14億5,928万米ドルへ拡大し、CAGRは32.70%となる。フランスは、7,365万米ドルから11億2,252万米ドルへ拡大し、CAGRは30.07%となる。スペインは、3,448万米ドルから3億9,288万米ドルに達し、CAGRは26.26%となる。イタリアは、3,526万米ドルから4億4,901万米ドルに達し、CAGRは27.71%となる。その他の欧州地域は、4,157万米ドルから9億203万米ドルへ拡大し、CAGRは34.69%となる。ロシアは、78万米ドルから5,613万米ドルへ拡大し、CAGRは49.50%となるが、これは初期規模が小さいことを反映している。欧州の成長は、現地のAIインフラとフォトニクス能力に関連している。商業面での課題は、研究および政策面の強みを、認定済みの大量供給へ転換することである。

アジア太平洋

アジア太平洋の市場規模は、2025年の8,482万米ドルから2026年には1億2,232万米ドル、2035年には14億415万米ドルへ拡大し、CAGRは31.15%となる。中国は、3,317万米ドルから5億8,982万米ドルへ拡大し、CAGRは32.09%となる。日本は、1,735万米ドルから2億8,088万米ドルへ拡大し、CAGRは30.86%となる。韓国は、1,465万米ドルから2億2,475万米ドルへ拡大し、CAGRは30.16%。台湾は 1,003万米ドルから 1億6,863万米ドルへ拡大し、年平均成長率（CAGR）は 31.36%となる。オーストラリアは 270万米ドルから 5,613万米ドルへ 34.13%の成長率で拡大し、その他のアジア太平洋地域は 693万米ドルから 8,394万米ドルへ 27.06%の成長率で増加する。同地域は、需要市場であると同時に、部品・製造の基盤でもあるという二重の役割を担う。この立ち位置は、域内サプライチェーンに機会をもたらす一方、技術へのアクセス条件や先進パッケージングの利用可能性が、どの統合階層から先に規模を拡大できるかを左右する可能性がある。

ラテンアメリカ

ラテンアメリカは、2025年の 2,205万米ドルから、2026年には 3,088万米ドル、2035年には 2億8,083万米ドルへ拡大し、年平均成長率（CAGR）は 27.80%となる。ブラジルは 812万米ドルから 1億2,336万米ドルへ 30.34%の成長率で拡大し、メキシコは 522万米ドルから 9,027万米ドルへ 32.22%、アルゼンチンは 173万米ドルから 2,808万米ドルへ 31.31%、その他のラテンアメリカ地域は 699万米ドルから 3,912万米ドルへ 16.65%の成長率で拡大する。導入は、国内での光エンジン生産よりも、クラウドおよびコロケーションの拡大に追随する可能性が高く、初期段階では相互運用性と保守性に優れたアーキテクチャが選好される。

中東・アフリカ

中東・アフリカ（MEA）は、2025年の 1,866万米ドルから、2026年には 2,969万米ドル、2035年には 5億6,166万米ドルへ拡大し、年平均成長率（CAGR）は 38.64%となる。サウジアラビアは 393万米ドルから 1億9,658万米ドルへ 46.68%の成長率で拡大し、UAEは 326万米ドルから 1億7,953万米ドルへ 48.24%、南アフリカは 164万米ドルから 5,617万米ドルへ 40.64%、その他の中東・アフリカ地域は 982万米ドルから 1億2,938万米ドルへ 26.47%の成長率で拡大する。これらの成長率は、政府主導およびハイパースケールのインフラ計画の実行状況に大きく左右される。プロジェクトが進展すれば、高速光ネットワークに対する集中的な需要が創出される可能性がある一方、スケジュールが遅延すれば、初期規模が小さいため、実現する成長への影響が増幅される可能性がある。

中東・アフリカの高い予測成長率は、成熟した域内光学サプライチェーンの証拠ではなく、タイミングに左右されるインフラ機会として捉えるべきである。ラテンアメリカも同様に需要主導型だが、規模はより小さい。両地域では、ネットワーク事業者が高速AIキャパシティを整備する間、現場での保守対応への露出を抑えられるため、LPOなどのモジュール型の選択肢が、統合度の高いCPOよりも初期導入の現実的な経路となる。地域の勝者を決めるのは、フォトニックエンジンの公称帯域幅だけでなく、認定、物流、現地サポートでもある。

AIチップ向け光I/O市場のシェアと競争環境

Marvell Technologyが市場シェアの 68%を占め、Coherent Corpが 12%、Lumentum Holdingsが 7%、Ayar Labsが 2.5%、その他のサプライヤーが 7%に続く。この分布は、光・電気半導体のコンテンツ、フォトニックエンジン、レーザー、システム面での関係性を網羅するポートフォリオの重要性を反映している。Marvell Technologyが2025年12月に発表したCelestial AIの買収は、データインフラ分野ですでに事業を展開している同社に、パッケージ内光ファブリック機能を取り込むことから、特に重要である ^{[7]Marvell Technology, "Agreement to Acquire Celestial AI," investor.marvell.com.}.

Marvell Technology、Coherent Corp、Lumentum Holdings、Broadcom Inc.、および Ayar Labs が世界の主要企業群を形成している。Broadcom が 2024年に CPO スイッチを発売したことで、スイッチ側統合における基準となるサプライヤーとしての地位を確立している。CHIPS法のインセンティブを通じて支援される Coherent の計画中の InP 生産能力拡大は、レーザーおよびコンポーネントの供給の重要性をさらに高めている。Lumentum は、クラウドおよびネットワーク分野への関与を示す 2025会計年度の業績を報告した。一方、Ayar Labs が 2024年12月に調達した 1億5,500万米ドルの資金は、AI インフラ向け光 I/O チップレットの商用化に向けた取り組みを支えている ^{[8]Ayar Labs, "USD 155 Million Financing for Optical I/O," ayarlabs.com.}。

北米の参加企業には、Intel Corporation、Ranovus Inc.、MACOM Technology Solutions、Lightmatter、Celestial AI、Ciena Corporation、POET Technologies Inc. が含まれる。Intel は、CPU と共パッケージ化した光コンピュート・インターコネクト・チップレットを実証している。Ranovus は統合光エンジンの開発に取り組んでおり、MACOM は高速アナログ接続コンポーネントを供給し、2025年には 1.6T-focused 向けソリューションを発表した。Lightmatter は AI システム向けのフォトニック・インターコネクト製品を開発している。Ciena は、キャンパスおよびデータセンターの相互接続レイヤーでコヒーレント・ネットワーキングに対応している。一方、POET は 2024年3月に AI ネットワーク向け 800G 光モジュールを発表した。

アジア太平洋地域では、Sumitomo Electric Industries、Hamamatsu Photonics、Furukawa Electric Co.、NewPhotonics、PhotonicX AI Pte. Ltd. が、ファイバー、光コンポーネント、半導体デバイス、AI インターコネクト開発にわたってサプライヤー基盤を拡大している。Scintil Photonics と Salience Labs は欧州企業群を代表し、シリコンフォトニクスおよび光スイッチングの革新に重点を置いている。Nexus Photonics は、先進的なフォトニック統合に注力する、指定されたニッチ／破壊的イノベーション企業である。これらの企業の競争上の重要性は、研究室での性能だけで競争するのではなく、差別化された統合アプローチを、量産可能で認定を受けた供給体制へと転換できるかどうかに左右される。

競争優位性は、今後も複層的な構造を維持すると見込まれる。高速 DSP、フォトニックエンジン、レーザー供給、および大手クラウド企業との取引基盤にアクセスできる既存企業は、初期の CPO プログラムを主導できる可能性がある。専門企業も、レーザー結合、低消費電力変調、光 I/O チップレット、テスト容易性など、個別の統合上のボトルネックを解決できれば、引き続き価値を獲得できる。主な戦略的リスクは、技術的に優れたフォトニック・アーキテクチャであっても、ハイパースケール企業の買い手が受け入れられるファウンドリ、パッケージング、現場サポートの体制を欠く場合、規模を拡大できない可能性があることである。

最近の業界動向

• 2024年3月：Broadcom は、6.4-Tbps の光エンジン 8基と、拡張性のある AI システム向けスイッチ・アーキテクチャを組み合わせた、51.2-Tbps CPO イーサネット・スイッチ・プラットフォームを発表した。
• 2024年3月：Marvell は、高速インフラ向け 200G 3D シリコンフォトニクス・エンジンを実証した。
• 2024年3月：POET Technologies は、同社の Optical Interposer プラットフォームを基盤とする 800G 2×FR4 OSFP モジュールにより、AI 光モジュール市場への参入を発表した。
• 2024年12月：Ayar Labs は、AMD、Intel Capital、NVIDIA からの投資を含む 1億5,500万米ドルの資金調達を発表し、AI インフラ向け光 I/O の開発を推進した。
• 2025年1月：米国商務省は、リン化インジウムの製造および先進パッケージングを支援する Infinera 向け CHIPS法のインセンティブを発表した。
• 2025年3月：MACOM は、1.6T アプリケーション向けの高性能ソリューションを発表した。
• 2025年12月：Marvell は Celestial AI の買収契約を発表し、次世代データセンター向けのスケールアップ接続機能を強化した。