定義
矽光子（Silicon Photonics，SiPh）利用 CMOS 相容製程在矽晶片上製造光學元件（波導、調變器、光偵測器、光柵耦合器等），將光電訊號轉換整合於晶片層級，是 CPO（Co-Packaged Optics，共封裝光學）的核心底層技術。矽光子晶片（PIC，Photonic Integrated Circuit）通常與 EIC（Electronic IC）共同封裝，構成光電引擎（OE Engine），再整合至 AI 交換器或伺服器機架中。
圖解
圖說：Scale-Up CPO 架構示意——光訊號在 CPU/GPU 旁的 OE 中即轉換，跨機架傳輸採光學路徑，大幅減少 O/E/O 次數並降低功耗延遲（來源：CPO Scale-Up 研討）。
圖說：NVIDIA 2026–2028 CPO 路線圖——Vera Rubin NVL576 採 optical scale-up，Rosa Feynman NVL1152 走 CPO-based optical scale-up（來源：CPO Scale-Up 研討）。
技術原理
功耗瓶頸驅動矽光子導入
AI 資料中心頻寬升級後，功耗成為傳輸的最大瓶頸：
- 1.6T 時代：單一插拔光模組功耗約 5W，LPO 與 CPO 差距約 5W
- 3.2T 時代：單一模組功耗可達 10W，LPO 與 CPO 差距擴大至約 10W，資料中心無法接受額外發熱，3.2T 以上世代幾乎必然走向 CPO
驅動力：去除 DSP（DSP 耗電高）、縮短光路、利用矽光子整合調變與偵測功能。
架構演進路線
可插拔模組（含 DSP）
↓（移除 DSP，降低功耗）
LPO（線性驅動可插拔模組）
↓（光電引擎移至 ASIC 旁，縮短距離）
CPO（共封裝光學）
互連距離分層
| 傳輸距離 | 應用架構 | 核心技術 |
|---|---|---|
| 遠距離（20m–2km） | Rack-to-Rack（機架間） | 矽光子 + 調變器（MZM/MRM/EAM） |
| 中短距離（0m–20m） | Board-to-Board（板對板） | Micro VCSEL + Array-based OE |
| 極短距離（<1m） | Chip-to-Chip（晶片間） | Micro LED 光互連 |
調變器（Modulator）技術比較
| 調變器類型 | 尺寸 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|---|
| MZM（馬赫曾德） | ~5,000 μm | 線性度佳、PAM4 支援 | 體積大，占用 CPO 空間 |
| MRM（微環形調變器） | ~10 μm | 體積極小，可高密度 WDM | 溫度敏感（需 TEC 控溫）、頻寬窄 |
| EAM（電吸收調變器，鍺矽） | 50–100 μm | 功耗低、損耗小 | PAM4 線性度差 |
台積電標準 MRM 在損耗 <2 dB 限制下可用頻寬僅 ±1 nm；光循科技（工研院衍生新創）開發優化型微環，在 13 nm 頻寬下損耗 <2 dB，大幅降低溫度控制需求；下一代 EAM（鍺材料）預計 2029 年推出，可達單通道 400G 以上。
光耦合（Coupler）技術比較
| 耦合器類型 | 耦合損耗 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|---|
| 光柵耦合器（Grating Coupler，GC） | 約 1.5 dB | 可晶圓級測試（探針從上方射光）、製程容差大 | 波長敏感、Insertion Loss 高 |
| 端面耦合器（Edge Coupler） | <1.0 dB | 插入損耗低、頻寬寬 | 對準公差極低（<0.5 μm）、無法晶圓測試、浪費面積 |
市場主流趨勢：GC 逐步成為主流（製程與組裝容差優於 EC），Broadcom 早期偏 Edge Coupler，但已逐步轉向 GC 方向。
CPO Scale-Up 架構與元件需求
圖說：Scale-Up vs Scale-Out 架構對比——導入 Scale-Up CPO 後，機架內每個 compute tray GPU 旁均裝 OE，光學元件總用量約為純 Scale-Out 模式的 5 倍（來源：CPO Scale-Up 研討）。
元件用量推算（Scale-Up CPO）
假設一個 compute tray 含 4 顆 GPU：
| 元件 | GPU : 元件比例 | 4-GPU tray 用量 |
|---|---|---|
| OE（光電引擎） | 1 : 2 | 8 個 |
| FAU（光纖陣列單元） | 1 : 2（與 OE 一對一） | 8 個 |
| ELS（外部雷射源） | 1 : 0.5（一個 ELS 服務 4 個 OE） | 2 個 |
Scale-Up 對比 Scale-Out 的 5 倍效應
從純 Scale-Out（TOR 交換器裝 CPO）切換到「Scale-Up + Scale-Out 都用 CPO」，整體光學元件（OE/FAU/ELS）總用量約放大 5 倍。這是 ELS、FAU 供應鏈的結構性需求放量來源。詳見 供應鏈_CPO_D-FAU。
主要技術風險
圖說：基板選擇對光收發器影響——400G 以 GaAs（VCSEL）為主；800G DRFR 升級至 InP 基板，需求提升（來源：CPO Scale-Up 研討）。
- D-FAU 良率：GC 耦合的 FAU 是製造瓶頸，後端封裝易導致光纖斷裂；可替換的 D-FAU（Detachable FAU）是關鍵解方。
- 主動對準（AA）挑戰：目前高度依賴 AA 組裝；未來趨勢是導入微光學元件放寬 FAU 製作公差。
- 供應鏈重組：CPO OE 中的 E/PIC pair 引入新的先進封裝與測試需求，Fab 及 OSAT 將加入競爭。
- 量產時程：業界估計 CPO 大規模量產約在 2028 年，前期轉量產良率偏低。
台廠供應鏈映射
| 環節 | 廠商 | 角色 |
|---|---|---|
| 矽光子晶圓代工 | 2330_台積電（市）（目標：GlobalFoundries / TowerSemi 驗證後導入 TSMC） | PIC 製程最終目標平台 |
| 12 吋 SiPho PIC 代工 | 2303_聯電（市） | 取得 imec 12 吋 SiPho 授權，8 吋 → 12 吋量產 PIC 平台；客戶 Coherent / Celestial AI（未） / Hyperlight（未） / Sifotonics（未）；光通訊營收估 2027 占 5–10%（FUNDA 2026-06-18） |
| PIC 薄膜製程 / WLO | 6789_采鈺（市） | 800G ROSA MicroLens 已量產（2025）；1.6T 切入 PIC 薄膜製程，預計 2026 量產（群益 2026-06-22） |
| CW Laser / ELS | 3081_聯亞光電（櫃）、2455_全新（市） | 矽光子外部光源（CPO ELS 核心） |
| 矽光子耦合 / ELS 封裝 | 6442_光聖（市） | 光纖連接器、SiPh 耦合封裝 |
| Si Micro-lens（WLO） | 6789_采鈺（市） | TSMC iFAU 用 WLO 光學件 |
| 天線 / 毫米波（延伸） | 3491_昇達科（櫃） | 矽光子邊緣場景射頻延伸觀察 |
| 聯亞合作（新創） | 光循科技（工研院衍生） | 矽光子調變器 + 耦合器 IP 新創；策略合作廠商含聯亞 |
量子計算延伸應用
矽光子技術在 AI 伺服器傳輸之外，另一大前沿應用是量子電腦：SPAD（Single-Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極體）可在 -200°C 以下精準捕捉單一光子，用於光量子電腦的量子位元（Qubit）運算控制。
關鍵廠商時程
gantt
title 矽光子 / CPO 產業關鍵里程碑
dateFormat YYYY
section 技術世代
1.6T 光模組量產 :done, 2025, 2026
Scale-Up CPO 導入過渡期 :active, 2026, 2028
CPO-based 全光互連量產 : 2028, 2030
section 台廠
聯亞 CW Laser 客戶認證 :active, 2026, 2027
采鈺 WLO iFAU 初出貨 :active, 2026, 2027
TSMC COUPE 2.0 擴展 : 2027, 2029
section 新創
光循科技 OFC Demo : 2027, 2027
光循科技 CPO 模組量產 : 2028, 2029
技術瓶頸 / 投資觀察重點
- D-FAU 良率與認證：6442_光聖（市） 子公司合聖（AuthenX）Meta-lens、3363_上詮（櫃） FAU 封裝是否在 2026H2 取得量產認證
- ELS 供需：3081_聯亞光電（櫃） CW Laser 高功率（200mW+）客戶認證時程，完整認證預估 1–2 年
- 3.2T 節點：3.2T 以上傳輸速率下，CPO 是否成為事實標準，將決定台廠光學元件進入超大規模量產的時機
- Micro LED CPO：AUO + Ennostar + Tyntek 聯盟在 2026–2027 是否完成規格驗證，2028H2 開始 Intra-Rack 光互連出貨
相關技術
- 技術_SiPh（系統層級供應鏈、台廠 OE/PIC/CPO 測試鏈整合）
- 技術_CPO（共封裝光學技術與台廠測試設備詳細分析）
- 技術_FAU
- 技術_OE光學引擎
- 技術_InP磷化銦
- 技術_MicroLED_CPO
供應鏈
→ 供應鏈_光通訊 → 供應鏈_CPO_D-FAU
來源
- 20260612矽光子產業論壇 — 2026-06-12，矽光子產業論壇（含光循科技 Scale-Up / Scale-out OE 技術說明、調變器與耦合器突破、工研院衍生新創介紹）
- memo_CPO_ScaleUp光互連_20260618 — 2026-06-18，CPO Scale-Up 研討（FAU/ELS/OE 5 倍用量、D-FAU 良率、OCS、NVIDIA Vera Rubin 路線圖）
- 報告_FUNDA_UMC_UTR與先進節點SiPho_20260618 — FUNDA，2026-06-18（聯電 12 吋 SiPho PIC 平台、imec 授權、客戶 Coherent/Celestial AI/Hyperlight/Sifotonics）
- 2026-06-22 6789采鈺｜20260622｜群益 — 群益，2026-06-22（采鈺 1.6T PIC 薄膜製程 2026 量產、800G ROSA MicroLens）