光通專家會議

1. 光通訊產業鏈全景架構與核心策略定位

• 全產業鏈層級拆解：
• 電晶片層（EIC）：包含跨阻放大器（TIA）、驅動晶片（Driver）、數位訊號處理器（DSP）與重定時器（Retimer）。
• 主動光元件層（Active Components）：包含電吸收調變雷射（EML）、大功率連續波雷射（CW-DFB）、垂直共振腔面射型雷射（VCSEL）、矽光子積體電路（PIC）與光電二極體（PD）。
• 被動光學元件層（Passive Components）：包含透鏡（Lens）、各式特種光纖、跳線與精密陶瓷插芯等。
• 主動次模組封裝層（Active Sub-assembly）：例如將 CW-DFB 雷射打件固定在次黏著基板（Submount）上的 CoS（Chip on Submount）製程。
• 光收發模組整合層（Transceiver Integrator）：將電氣元件與光學元件整合為可插拔光模組、NPO 模組或 CPO 引擎，並進行光電校準與測試。
• 伺服器/交換機系統層（OEM / ODM）：將光模組插置或整合至計算托架（Compute Tray）與交換機托架（Switch Tray）中，整合成伺服器機櫃。
• 終端客戶層：雲端運算服務商（CSP）與大型電信運營商。
• 當前產業底層核心邏輯：
• 「能用銅線就用銅線，不能用銅線才改走光訊號」。
• 包含 NVIDIA 在內的一線大廠，在機櫃內部的 Scale-up 叢集互連仍以銅纜（如 NVLink、CPC）為絕對主力；光通訊技術主要用於跨機櫃的 Scale-out 互連或距離超出銅線極限的情境。

2. OEM 伺服器與交換機系統架構趨勢

• 立訊精密（Luxshare）448G CPC（Co-Package Copper）架構細節：
• 設計理念：將專用的高速銅纜連接插槽（Socket）緊貼 ASIC/GPU 晶片旁放置，使電訊號一出晶片便直接導入銅纜，徹底繞過傳統 PCB 走線帶來的嚴重介質損耗。
• 傳輸極限：在單通道 448G 的極高傳輸速率下，銅纜的實體傳輸距離被急遽壓縮至約 50 公分左右，無法進行長距走線。
• 機櫃內部空間拓撲革命：
  • 傳統機櫃架構（如 NVL72）通常將交換機托架（Switch Tray）水平堆疊放置在計算托架（Compute Tray）中間。
  • 立訊展示的 CPC 方案搭配正交背板（Orthogonal Backplane），直接將 Scale-up 交換機移到整個機櫃後方，垂直跨接計算托架。
  • 該拓撲大幅縮短計算板與交換板之間的實體直線距離，使 50 公分的 CPC 銅纜剛好能完成高速互連。
  • 藉由將交換機移至背後，機櫃前面板騰出了高達 9U 的寶貴空間，系統廠可利用此空間額外塞入更多 GPU 運算托架（單櫃可擴充至 80～90 顆 GPU），大幅提升單櫃運算密度。
• 銳捷網絡（Ruijie）25.6T 交換機展示架構：
• 採用單顆 25.6T 的交換 ASIC，外圍配置 8 顆 3.2T 的 NPO 光引擎（單側各排列 4 顆）。
• 整機散熱採用傳統風冷散熱片架構，主要展示目前 ASIC 能拉出的通道數量與周邊 NPO 封裝密度的極限。
• 現場指出若要組成類似 Spectrum-4 等級的 102.4T 交換機，系統需堆疊 4 組此類托架才能達成等效頻寬，反映出目前單一 ASIC 算力密度受限於周邊 I/O 頻寬與實體擺放面積。

3. NPO（近封裝光學）模組拆解、散熱與維運挑戰

• 立訊 NPO 模組內部結構：
• 基板插槽：主機板端具備專屬的高頻電氣 Socket 接口，負責供電與高速電訊號傳輸。
• 核心電路板：NPO 模組本體包含專用載板，其上整合了電晶片（EIC）與矽光晶片（PIC）。
• 光纖陣列固定件（FAU Holder）：於 PIC 晶片上方安裝專用的 FAU 夾具，光纖排線置於其內並由金屬壓板固定，光纖從模組側邊引出。
• Live Demo 光路運作：外置雷射光源（ELS）透過保偏光纖（PM Fiber）將光訊號送入 NPO 模組內部的矽光 PIC 進行調變，調變後的光訊號由接收端光纖引出進行回環測試（Loopback），並現場展示眼圖與誤碼率（BER）表現。
• 重度依賴液冷散熱的必然性：
• 展場各家 NPO 模組上方均緊壓著沉重的銅製水冷板或高規格散熱機構。
• 厚度限制問題：新華三的合作夥伴 Tri-light 展出了風冷散熱的 NPO 方案，但散熱器導致整個節點托架厚度遠超過 1U；然而目前主流 AI 機櫃規格正朝向 1U 甚至 0.75U 演進，風冷 NPO 根本無法塞入未來的標準機箱，因此液冷銅冷板成為唯一可行的物理手段。
• 維護性（Maintainability）與可靠度致命痛點：
• 導熱介面材料（TIM）拆裝困難：NPO 模組金屬外殼與銅水冷板之間接觸面粗糙，必須塗抹高導熱 TIM 膠。更換故障模組時，無法像可插拔光模組那樣直接熱插拔，必須排空冷卻液、拆除水冷管路、卸下整塊冷板、刮除並清潔舊 TIM，裝回後再重新塗抹鎖緊，維護繁瑣且停機風險極高。
• 內置雷射（ILS）與外置雷射（ELS）的抉擇：若將雷射內置於 NPO 模組內（ILS），調變驅動功耗較小，但雷射屬於易受熱衰退的易損件（Fragile Part）；一旦雷射燒毀，整個 NPO 模組與散熱系統就必須報廢拆換。因此，業界目前仍一面倒維持 ELS 外置光源設計，將雷射獨立在前面板以利更換，儘管這會增加額外的光纖耦合對準難度。

4. 光收發模組與 Scale-Up 互連方案演進評析

• XPO 方案（以鴻騰精密 Foxconn / FIT 為代表）：
• 將 8 個標準可插拔光模組（例如 8 顆 1.6T）整合成一個獨立的大型前面板光模組盒（總頻寬達 12.8T）。
• 機箱內部依然透過 CPC 銅纜將 ASIC 的電訊號引導至前面板的 XPO 接口，再轉換為光訊號送出。
• 由於內部晶片與光電轉換高度密集，XPO 盒本體同樣必須依賴水冷管路進行液體散熱。
• 矽光基底 NPO（SiPh-based NPO）：
• 結構特點：本質上是將傳統可插拔矽光模組的金手指電氣接口，改裝為底部球柵陣列（LGA）或插槽（Socket）形式，直接貼近主板受訊。
• 光源特性：本體完全不具備自發光光源，必須全面依賴外置 ELS 雷射供應連續光，由模組內的 PIC 負責調變電訊號。
• 主流地位與製程瓶頸：目前業界推進速度最快，1.6T 矽光 NPO 已成熟，正往 3.2T 推進。但 3.2T 要求單通道達到 400G/lane，傳統矽材調變極限僅約 200G/lane，因此必須改採薄膜鈮酸鋰（TFLN）與矽光 PIC 進行異質整合（Hybrid Integration），由矽光晶片負責導光、TFLN 負責高速光調變。
• VCSEL 基底 NPO（VCSEL-based NPO）：
• 展品概況：華工正源與海思在展會上皆展出了 3.2T VCSEL 方案；Coherent 亦在 ECOC 研討會發表相關架構。
• 調變與發光機制：單顆晶片具備 32 個發光孔（通道），採用約 53 Gbaud PAM4 調變技術，單通道速率達到約 100G/lane，32 通道加總實現 3.2T 頻寬。
• 架構優點：VCSEL 陣列本身即為主動自發光光源，下方搭配專用驅動晶片（Driver）進行直接調變驅動（Direct Drive, DD），訊號 1 時發光、0 時滅光，完全不需外掛笨重的 ELS 系統。
• 封裝差異：單顆 VCSEL 面射型陣列上有 32 個微型發光孔，需使用高密度 2D 矩陣或雙排纖芯的特製光纖陣列（FAU）進行對準耦合。
• MicroLED 基底 NPO 的殘酷現實：
• 發散角不是最大問題：現場有觀眾質疑 MicroLED 發光角度過於分散無法聚焦，但講者指出真正的致命傷在於「單通道頻寬過低」。
• 頻寬與光纖數量災難：目前實驗室級別的單顆 MicroLED 調變頻寬僅約 2 Gbps 左右。若要用 MicroLED 拼湊出 3.2T 的總頻寬，物理上必須使用高達 1600 顆 MicroLED，並同步對準接合 1600 根光纖！
• 對準良率不可行：手動或自動化組裝 1600 根光纖與微米級晶粒進行主動對準（Active Alignment），在封裝良率與生產成本上是天方夜譚。
• 影像光纖（Image Fiber）替代構想：部分學者提出用無透鏡相機搭配超高密度光纖束（Image Fiber），接收如蜂巢狀的明暗光點矩陣，再用後端視覺演算法解碼訊號；但此舉將大幅增加解碼延遲與複雜度，失去高速光互連優勢。
• 巨量轉移限制：MicroLED 需仰賴良率未臻完善的巨量轉移製程；反觀 VCSEL 是成熟的半導體晶圓微影製程，發光孔物理間距極其精確，封裝難度遠低於 MicroLED。
• 商用化時程研判：
• 當前 1.6T NPO 換算出的系統頻寬密度效益太低，經濟價值不足。
• 產業普遍共識是直上 3.2T NPO 才有實質佈署意義，但因材料升級與散熱設計複雜，放量時程預估落在 2028 年前後。

5. 關鍵驅動晶片壁壘與中國微環諧振（MRR）生態

• D2D / UCIe 介面晶片的隱形高牆：
• 採用 VCSEL 或 MicroLED 這類直接驅動發光的 NPO，需要主運算晶片（ASIC）透過晶片對晶片（Die-to-Die, D2D）介面（如 UCIe 協定）下達指令。
• 模組下方必須配備具備 UCIe 接收能力的專屬驅動 ASIC，才能控制各通道獨立發光。
• 開發該通訊 ASIC 需開模光罩與客製設計，單次研發成本高達 4000 萬至 5000 萬美元。目前市場上僅極少數廠商（如 Ayar Labs 攜手創意電子 Alchip）完成 UCIe 專用晶片的 Tape-out，晶片生態極度匱乏。
• 中國本土 MRR 方案代表：藍鏈科技（Raylink）：
• 現場少數宣稱掌握微環諧振腔（Micro-Ring Resonator, MRR）技術的展商。
• 展出基於 MRR 技術的 WDM 架構、3.2T/6.4T 光引擎以及專用 ELS 光源，技術路徑直接對標美國 Ayar Labs。
• 由於中國本土 ASIC 與 GPU 廠商無法取得台積電最先進的封裝產能，若 Raylink 能成功實現 MRR 結合 EIC 與 PIC 的自主國產化，將成為中國在不依賴美系生態下開發 CPO/NPO 算力系統的核心突破口。

6. 光被動元件、光纖與封裝自動化瓶頸

• 光纖種類與特定應用：
• 單模光纖（SMF）：纖芯直徑 9 µm，用於遠距離低損耗傳輸。
• 多模光纖（MMF）：纖芯直徑 50 µm，折射率呈階梯漸變，製造難度高於單模，單價相對偏高。
• 保偏光纖（PM Fiber）：具備應力棒微結構，確保雷射在光纖傳遞時維持固定偏振態，避免打入 PIC 調變器時因偏振旋轉造成訊號衰退，為外置 ELS 的標配光纖。
• 抗彎曲光纖（BIF）：內部具備特殊折射率凹陷微結構，能在極小彎曲半徑下依然將光全反射鎖於纖芯內，專供 Shuffle Box 內部走線使用。
• 空芯光纖（Hollow Core Fiber）：訊號在空氣中傳導，延遲顯著低於石英玻璃且功率容忍度極高，但製造與抽絲拉拔難度極大，尚處於實驗室與前瞻驗證階段。
• 多芯光纖（MCF, Multi-Core Fiber）的破局價值：
• 規格展示：康寧（Corning）與長飛光纖（YOFC）展出外徑同為標準 125 µm 的玻璃包層中，塞入 4 顆彼此獨立的單模纖芯。
• 密度暴增：配合高密度 MMC 連接器，原本標準 LC 接口尺寸內僅能容納 12 根傳統光纖（12 芯），換用 MCF 後同一空間可容納高達 1024 根纖芯，解決了 AI 機櫃後方如同瀑布般的排線擁塞。
• 降低 FAU 製造難度：以 32 通道的 VCSEL NPO 為例，原本需手動對準貼合 32 根光纖，若導入 4 芯 MCF，只需貼合 8 根光纖即可提供 32 個光通道，使光纖組裝與對準工時銳減 75%。這也是大立光等光學大廠能憑藉精密自動化組裝切入光通訊的關鍵領域。
• 可拆卸式光纖陣列（DFAU, Demateable FAU）的生產困境：
• 展示廠商：Senko、億路通（Yilut）等廠商展出了金屬基座可拆卸式的 DFAU。
• 製程痛點：
  • 傳統 FAU 在完成主動對準（Active Alignment）後，會點塗 UV 光固化膠，透過紫外線照射數秒內迅速硬化定型。
  • DFAU 為了提供耐用插拔結構採用了不透光的金屬套筒件，UV 光完全無法穿透照射膠水。
  • 業者被迫改用靠分子自身進行化學交聯（Cross-linking）的熱固化或雙劑混合膠，單顆對準後必須在機台上靜置等待 7 到 10 分鐘 才能完全固化移機。
  • 該致命限制導致機台稼動率極低，單條產線一天產出僅區區數百顆，量產規模化受到嚴峻阻礙。目前主流一線封裝廠中僅天孚通信（TFC）積極向終端大廠推展該方案。
• 3M EBO（擴束型光學連接器, Expanded Beam Optical）：
• 工作機制：與羅森伯格（Rosenberger）合作開發。光纖接入連接器後，前端稜鏡將光束轉向 90 度並透過微透鏡進行擴束（Expanded Beam），光束在空氣間隙中以發散大光斑穿過，到達對接端後由對稱的透鏡收縮聚焦重新打入受光纖芯。
• 抗塵原理：高功率雷射若集中於 9 µm 纖芯，端面沾附微米級灰塵會瞬間吸收高熱並燒結在端面，導致光纖損壞；EBO 將光斑截面積放大數十倍，相同灰塵遮蔽的能量比例微乎其微，不會造成系統斷訊或燒芯。
• 運維效益實證：論壇現場播放對比影片，傳統端面接觸式連接器在每次插拔前，工程師必須使用專用顯微鏡檢查灰塵、反覆擦拭兩至三次並重新檢驗，單次插拔耗時約 2.5 分鐘；EBO 方案不需任何清洗檢查，可直接進行盲插作業，大幅省下超大型資料中心的佈建工時。
• 光背板與 Shuffle Box：
• 主流做法是將高密度光纖按照交換矩陣預先走線，透過注塑成型技術（Injection Molding）將光纖封裝固化成平整的光電路板（FOC / Flat Optical Circuit）。
• 主要展示與出貨龍頭為太辰光（T&S），特發資訊與海信亦有產品展出。
• 超穎透鏡（Metalens）的實際落地反饋：
• 訪談中國超穎表面指標廠邁塔蘭斯（Meta-X）研發負責人，對方證實目前在 FAU 內部導入超穎透鏡「毫無效益」。
• 由於微納結構表面帶來的額外插入損耗（Insertion Loss）偏高，且相較傳統微透鏡並未帶來實質光學效能突破，在良率與成本考量下短期無商用價值。

7. 主動光元件與光交換技術深度剖析

• 連續波雷射（CW-DFB）的光功率指標陷阱：
• 產業目標：作為外置 ELS 光源，市場標準規格普遍指向單顆 400mW 連續輸出。
• 溫度陷阱：光電轉換效率會隨操作溫度劇烈衰退。雷射在常溫 25°C 下輸出 400mW 相對容易，但在密閉 ELS 模組內部環境溫度常高達 50°C，此時能否穩定維持 400mW 才是鑑別實力的分水嶺。
• 廠商梯度分佈：
  • 國際一線梯隊：Lumentum 與 Coherent 明確標註其 400mW 數值是在 50°C 嚴苛環境 下實測達成。
  • 中國本土指標廠：中科光芯表現最為亮眼，實測在 50°C、1000mA 偏置電流下可輸出高達 350mW，性能逼近國際 Tier-1 水準。
  • 其他展商現況：仕佳光子目前輸出實力約落在 70～100mW；索爾思（Source Photonics）雖標稱 400mW，但是靠著將腔長暴力拉長至 3mm 硬催出功率，高溫可靠度與雷射散熱穩定性存在重大隱患。
• 架構分水嶺：業界共識是單顆雷射輸出功率若超過 200mW，單靠改變 DFB 腔長已難以維持品質，必須改採 DFB 整合半導體光放大器（SOA）或引進高功率泵浦光學架構。
• 側收型監控光電二極體（Side-illuminated MPD）的架構革新：
• 功能：用於 ELS 模組內即時感測雷射出光功率衰退，透過電氣回饋動態拉高驅動電流，維持恆定出光功率。
• 台灣鼎元光電（Dynax）的專利結構：
  • 傳統上收型 MPD 需在雷射前端額外架設 45 度微型稜鏡，將橫向光束折射至上方受光面，增加 3D 光路設計難度與元件數量。
  • 鼎元開發出側邊受光型 MPD，受光面直接做在晶片側壁，可與雷射晶片平躺放置在同一水平基板上進行平面光路耦合。
• 商業價值：該設計大幅簡化光模組的光學空間配置，雖製程微調但晶片製造成本未見顯著增加，終端售價（ASP）卻可賣到傳統上收型的 2 至 3 倍，為當前模組端極度缺貨且毛利極高的高階利基品。
• 光電路交換機（OCS）與 WDM 的共生關係：
• 技術流派展示：昂納（AFR）展出了採用壓電與微機電反射鏡的 320×320 連接埠大型 MEMS OCS；Coherent 與中際旭創則展示基於液晶（Liquid Crystal）偏轉原理的 OCS，連接埠數受限於約 64×64。
• Google 大規模導入的底層邏輯：
  • 單純使用 1310nm 單一波長的光訊號接入 OCS 並無顯著擴容價值。
  • OCS 的核心優勢在於不解開光訊號即可直接透明轉發。Google 採用 2.4T 的分波多工（WDM）光模組，在單一實體光纖內包覆多個波長（4 波或 8 波），進入 OCS 後即可成倍擴大每個端口調度的頻寬容量，因此多波長 WDM 是 OCS 能發揮總體擁有成本（TCO）優勢的必要前提。

8. 核心總結與關鍵技術觀察

• 短距銅纜（CPC）在 Scale-up 稱霸：短距離（50cm 內）互連受惠於正交背板與高頻插槽技術，能用銅就用銅的策略確立，NPO 短期內難以在機架內部全面取代銅線。
• 矽光 NPO 放量時程延後至 2028 年：受限於水冷機構拆換繁瑣、TIM 膠維護痛點、標準化 Socket 未統整，以及 400G/lane 需異質整合薄膜鈮酸鋰（TFLN）等技術門檻，3.2T NPO 預期要到 2028 年才具備大規模商用條件。
• 外置光源（ELS）與耐高溫大功率雷射確立：雷射壽命與維修成本決定了 ELS 是不可逆的架構走向，能在 50°C 穩定輸出 400mW 的 CW-DFB 雷射晶片將是光學供應鏈的最核心瓶頸。
• 組裝技術焦點轉移至被動耦合與盲插：光模組未來的瓶頸在於人工對準成本與固化良率，多芯光纖（MCF）大幅降低組裝對準數量，3M EBO 擴束連接器消除人工清潔檢驗時間，兩者是高機率快速落地的關鍵零組件。