USI | 支撑AI算力的「光通讯」是什么？一次看懂硅光子与光通讯模组发展趋势

08/03/2026

支撑AI算力的「光通讯」是什么？一次看懂硅光子与光通讯模组发展趋势

作者: Leo Tai 戴进煌，环旭电子研发中心AVP

当生成式 AI 掀起全球算力竞赛，资料中心正以前所未有的速度扩张。从 ChatGPT 到数兆参数大型语言模型，每一次运算背后都伴随着海量资料在伺服器之间高速流动，而支撑这些资料传输的关键技术，正是光通讯。从百年前光学理论的建立，到光纤、雷射、硅光子（Silicon Photonics）、共同封装光学（CPO）以及光通讯模组（Optical Transceiver）的诞生，光通讯技术不仅推动了全球网际网路的发展，更成为 AI 资料中心不可或缺的基础建设。本文将回顾光通讯产业的演进历程，解析 AI 浪潮如何带动高速光模组技术升级，以及环旭电子在光通讯领域的核心能力与技术布局。

从光学理论到资料中心：光通讯技术的百年演进

图一：光通讯关键技术发展里程碑与演进历程

光通讯的发展建立在人类对光本质长达数百年的探索之上。自牛顿研究光的反射与色散现象开始，杨氏双缝实验、菲涅耳波动理论、法拉第电磁感应定律，以及马克士威电磁理论陆续建立起完整的光学基础，使人类逐步理解光同时具备波动与电磁特性。1905年爱因斯坦提出光子理论，进一步证明光兼具波动与粒子的双重性质，成为后续雷射、光侦测器与光电转换技术的重要理论基础。

1960年雷射问世后，光通讯迎来关键突破。1966年，高锟（Charles K. Kao）提出低损耗光纤理论，证明光纤可作为长距离、高频宽且低损耗的传输媒介；随后康宁公司成功开发低耗损光纤，加上半导体雷射技术逐渐成熟，正式开启现代光纤通讯时代。此后，单模光纤、SONET与SDH等技术相继建立，推动全球电信骨干网路快速发展。进入1990年代，网际网路蓬勃兴起，EDFA光纤放大器与WDM/DWDM波分多工技术大幅提升单根光纤的传输容量，奠定全球Internet Backbone与海底光缆网路基础。

进入云端运算时代后，光通讯产业重心逐渐由Telecom转向Datacom市场。资料中心对高速互连需求持续攀升，带动乙太网路光模组从10G、40G、100G快速演进至400G等高速世代，并发展出QSFP、QSFP-DD与OSFP等主流封装规格。同时，产业亦依据不同传输距离建立SR、DR、FR、LR与ZR等标准化规格，使光通讯技术成为支撑云端服务与AI运算基础设施的核心关键。

图二：400G-1.6T光通讯收发模组技术发展趋势（资料来源：Yole. Report）

图三：资料通讯与电信应用之可插拔光模组封装演进

AI浪潮来临，高速光模组爆发性成长

自 2022 年 11 月 OpenAI ChatGPT 问世后，随着大型语言模型从数千亿参数快速演进至数兆参数规模，AI 训练与推论所需的 GPU 数量呈指数级成长，使全球资料中心进入前所未有的扩张周期。AI 的瓶颈不再只是运算能力，更关键的是 GPU 之间的高速资料交换能力。

在数万甚至数十万颗 GPU 所组成的 AI Cluster 中，每秒需要传输数百 Tbps 的资料流量，因此大量高速光模组被导入 AI 资料中心。这股 AI 浪潮带动光通讯产业从过去以 Telecom 为主的市场，快速转向以 Datacom 为核心的成长引擎。推动了整个光通讯产业进入数十年来最大的成长周期。光模组技术也由 100G、400G 快速升级至 800G、1.6T，并朝 3.2T 持续演进。

图四：可插拔光模组传输速率演进路线图

此外，为解决传输速度不断提升所面临的功耗与信号损耗的问题，产业也开始由传统 Pluggable Transceiver 逐步迈向 LPO、NPO、CPO 乃至未来的 Optical I/O 架构。

图五：铜线传输逐渐接近频宽与功耗极限（资料来源：Broadcom）

图六：光学整合技术从分离式元件走向高度整合化的发展趋势 (资料参考: ASE)

在设计上，传统 Optical Transceiver 主要采用 Discrete Optics 架构，由雷射、透镜、隔离器、调变器及光侦测器等独立元件组成，透过高精度光学对位完成封装。然而当传输速率从 100G、400G 提升至 800G、1.6T 甚至未来的 3.2T 时，元件数量、封装复杂度与功耗均大幅增加，使传统架构逐渐面临成本、尺寸与可制造性的瓶颈。

为解决上述挑战，业界开始导入 Silicon Photonics（SiPh）技术，利用成熟的 CMOS 半导体制程，将波导（Waveguide）、调变器（Modulator）等光学功能整合于单一 Photonic Integrated Circuit（PIC）上，显著提升整合度并降低组装成本。对产业而言，Silicon Photonics 的价值不只是元件微缩，而是让光学功能得以沿用半导体制造体系的大规模生产能力。同时，SiPh 也能与电子晶片进行异质整合，提供更高的频宽密度与更佳的功耗表现。Intel 自 1990 年代开始投入 Silicon Photonics，历经超过 20 年研发，于 2016 年成功量产硅光收发器，成为全球第一家大规模商业化 Silicon Photonics 的公司。

图七：硅光子技术将光学功能整合于单一光子晶片之中 (资料来源: Intel)

CPO 则进一步将光学引擎主被动元件直接整合于 Optical Engine, 置于Switch ASIC 周围，大幅缩短高速电讯号传输距离，进一步降低功耗与散热负担。从 Discrete Optics 到 Silicon Photonics，再到 CPO，若将光通讯发展视为一条持续提升频宽密度的路径，SiPh 与 CPO 可视为现阶段最具代表性的技术方向。英伟达 (nVidia) 以及博通公司 (Broadcom) 都已推出基于 CPO 的交换机。

图八：Broadcom与NVIDIA推出之CPO交换机平台

光通讯产业进入整合竞争时代

随着 AI 训练与推论规模快速扩大，资料中心对高速互连的需求持续攀升，推动光模组技术由 400G 迈向 800G、1.6T 甚至未来的 3.2T 世代。然而，频宽提升所带来的已不只是传输速度的挑战，更涉及功耗、散热、封装密度与系统可靠度等多重课题。在大型 AI Cluster 中，高速光通讯已成为影响整体运算效率与资料中心营运成本的重要关键，产品开发难度也随之大幅提高。

过去光通讯产业的供应链分工明确，从光学元件、通讯晶片到模组组装，大多由不同厂商各自负责。然而在高速传输时代，一个先进光模组的开发往往需要同时整合光学设计、高速讯号完整性（SI）、电源完整性（PI）、热管理、精密封装与测试验证等多项技术。当传输速率持续提升，讯号损耗、热堆积与制造公差对产品效能的影响也更加显著，使光、电、热协同设计逐渐成为产品成功的关键。

另一方面，Silicon Photonics（硅光子）与 Co-Packaged Optics（CPO）等新世代技术的导入，也加速了产业整合趋势。客户关注的焦点已不再局限于单一元件性能，而是更重视从设计开发、模拟验证到量产制造的完整能力。因此，市场对具备跨领域整合能力的合作伙伴需求正持续增加。能够同时结合高速电子设计、光学技术、先进封装及量产能力的企业，将更有机会协助客户缩短产品开发周期、降低导入风险，并掌握 AI 时代高速光通讯市场的成长契机。

从设计到量产，USI光通讯解决方案

环旭电子在高速讯号设计领域具备业界领先的SI/PI（讯号完整性与电源完整性）设计能力，并拥有先进的热模拟与 Zemax 光学模拟与设计能力。也具备mSAP与substrate PCB制程的高速板设计能力。公司设有专业的光通讯实验室，可进行光模组效能验证，包括透过高速Sampling Scope量测光眼图，以及利用BERT设备进行误码率（Bit Error Rate）测试。

环旭电子与子公司成都光创联科技有限公司（EugenLight），已提供 400G、800G、1.6T高速硅光引擎, 光模块以及支援UHP等级的ELSFP光源，相干传输C、L 、C+L band ITLA 器件，电信级气密封装400G LR4、ER4 OSA器件，以及用于光纤传感领域的快速可调雷射器件（Fast Tunable Laser）等产品，并针对未来产品的需求例如 NPO，CPO FAU 以及所需的光学耦合制程与设备，波长分波多工 (WDM Wavelength Division Multiplexing) 产品技术等，积极开发当中，能满足客户在 Telecom 以及 Datacom 的需求.

图九：环旭电子1.6T高速光收发模组产品

除了研发能力外，环旭电子在生产端具备完整的光模组制造能力，包括高密度SMT制程、KGD Flip-Chip与Die/Wire Bond产线及测试验证能力。同时提供完整的光学器件组装能力与光模组测试能力，能够为客户提供从设计、开发到量产的完整解决方案。--> 点我了解「USI光通讯重点产品介绍」、「USI光通讯产品列表」

常见问答（FAQ）

Q1：什么是光通讯？为什么它对 AI 资料中心如此重要？
A：光通讯是利用光讯号与光纤传输资料的技术，具备高频宽、低损耗及适合长距离传输等特性。AI 资料中心内的大量 GPU 需要高速交换训练与推论资料，因此光通讯已成为连接伺服器、交换机与运算节点的重要基础设施。

Q2：什么是光通讯模组（Optical Transceiver）？
A：光通讯模组（Optical Transceiver）负责电讯号与光讯号之间的转换，让资料可透过光纤高速传输。资料中心常见的可插拔封装包括 QSFP、QSFP-DD 与 OSFP，并依传输距离采用 SR、DR、FR、LR 或 ZR 等规格。

Q3：400G、800G、1.6T 与 3.2T 光模组代表什么？
A：这些数字代表光通讯模组的总传输速率；G 为 Gigabit per second，T 为 Terabit per second。例如，800G 表示每秒可传输 800 Gigabits。随着 AI 资料中心的互连需求提高，光模组正由 400G、800G 迈向 1.6T，并朝 3.2T 持续演进。

Q4：什么是硅光子（Silicon Photonics）？它与传统光学架构有何不同？
A：硅光子（Silicon Photonics，SiPh）利用半导体制程，将光波导、调变器等功能整合至光子积体电路（PIC）。相较于由多个独立元件组成的 Discrete Optics，硅光子可提升整合度，并有助于改善高速光模组的尺寸、成本、功耗与可制造性。

Q5：什么是共同封装光学（Co-Packaged Optics，CPO）？
A：共同封装光学（CPO）将光学引擎配置于交换器 ASIC 周围，缩短高速电讯号的传输路径。相较于前面板可插拔光模组，CPO 可减少 PCB 走线造成的讯号损耗，并改善功耗、散热与频宽密度。

Q6：高速光模组的开发为什么需要光、电、热协同设计？
A：光模组速率提升后，产品会同时面临讯号损耗、电源杂讯、热堆积、光学对位及封装公差等挑战。因此，高速光模组需要整合光学设计、讯号完整性（SI）、电源完整性（PI）、热管理、精密封装及测试验证。

Q7：USI 环旭电子可提供哪些光通讯产品与制造服务？
A：USI 具备高速 SI／PI 设计、热模拟、Zemax 光学模拟、高速板设计，以及光眼图和误码率测试能力。环旭电子与子公司 EugenLight 提供 400G、800G、1.6T 高速硅光引擎与光通讯模组，并整合 SMT、晶片封装、光学器件组装及模组测试，提供从设计开发到量产的完整解决方案。