環旭電子 | 支撐AI算力的「光通訊」是什麼？一次看懂矽光子與光通訊模組發展趨勢

08/03/2026

支撐AI算力的「光通訊」是什麼？一次看懂矽光子與光通訊模組發展趨勢

作者: Leo Tai 戴進煌，環旭電子研發中心AVP

當生成式 AI 掀起全球算力競賽，資料中心正以前所未有的速度擴張。從 ChatGPT 到數兆參數大型語言模型，每一次運算背後都伴隨著海量資料在伺服器之間高速流動，而支撐這些資料傳輸的關鍵技術，正是光通訊。從百年前光學理論的建立，到光纖、雷射、矽光子（Silicon Photonics）、共同封裝光學（CPO）以及光通訊模組（Optical Transceiver）的誕生，光通訊技術不僅推動了全球網際網路的發展，更成為 AI 資料中心不可或缺的基礎建設。本文將回顧光通訊產業的演進歷程，解析 AI 浪潮如何帶動高速光模組技術升級，以及環旭電子在光通訊領域的核心能力與技術布局。

從光學理論到資料中心：光通訊技術的百年演進

圖一：光通訊關鍵技術發展里程碑與演進歷程

光通訊的發展建立在人類對光本質長達數百年的探索之上。自牛頓研究光的反射與色散現象開始，楊氏雙縫實驗、菲涅耳波動理論、法拉第電磁感應定律，以及馬克士威電磁理論陸續建立起完整的光學基礎，使人類逐步理解光同時具備波動與電磁特性。1905年愛因斯坦提出光子理論，進一步證明光兼具波動與粒子的雙重性質，成為後續雷射、光偵測器與光電轉換技術的重要理論基礎。

1960年雷射問世後，光通訊迎來關鍵突破。1966年，高錕（Charles K. Kao）提出低損耗光纖理論，證明光纖可作為長距離、高頻寬且低損耗的傳輸媒介；隨後康寧公司成功開發低耗損光纖，加上半導體雷射技術逐漸成熟，正式開啟現代光纖通訊時代。此後，單模光纖、SONET與SDH等技術相繼建立，推動全球電信骨幹網路快速發展。進入1990年代，網際網路蓬勃興起，EDFA光纖放大器與WDM/DWDM波分多工技術大幅提升單根光纖的傳輸容量，奠定全球Internet Backbone與海底光纜網路基礎。

進入雲端運算時代後，光通訊產業重心逐漸由Telecom轉向Datacom市場。資料中心對高速互連需求持續攀升，帶動乙太網路光模組從10G、40G、100G快速演進至400G等高速世代，並發展出QSFP、QSFP-DD與OSFP等主流封裝規格。同時，產業亦依據不同傳輸距離建立SR、DR、FR、LR與ZR等標準化規格，使光通訊技術成為支撐雲端服務與AI運算基礎設施的核心關鍵。

圖二：400G-1.6T光通訊收發模組技術發展趨勢（資料來源：Yole. Report）

圖三：資料通訊與電信應用之可插拔光模組封裝演進

AI浪潮來臨，高速光模組爆發性成長

自 2022 年 11 月 OpenAI ChatGPT 問世後，隨著大型語言模型從數千億參數快速演進至數兆參數規模，AI 訓練與推論所需的 GPU 數量呈指數級成長，使全球資料中心進入前所未有的擴張週期。AI 的瓶頸不再只是運算能力，更關鍵的是 GPU 之間的高速資料交換能力。

在數萬甚至數十萬顆 GPU 所組成的 AI Cluster 中，每秒需要傳輸數百 Tbps 的資料流量，因此大量高速光模組被導入 AI 資料中心。這股 AI 浪潮帶動光通訊產業從過去以 Telecom 為主的市場，快速轉向以 Datacom 為核心的成長引擎。推動了整個光通訊產業進入數十年來最大的成長週期。光模組技術也由 100G、400G 快速升級至 800G、1.6T，並朝 3.2T 持續演進。

圖四：可插拔光模組傳輸速率演進路線圖

此外，為解決傳輸速度不斷提升所面臨的功耗與信號損耗的問題，產業也開始由傳統 Pluggable Transceiver 逐步邁向 LPO、NPO、CPO 乃至未來的 Optical I/O 架構。

圖五：銅線傳輸逐漸接近頻寬與功耗極限（資料來源：Broadcom）

圖六：光學整合技術從分離式元件走向高度整合化的發展趨勢 (資料參考: ASE)

在設計上，傳統 Optical Transceiver 主要採用 Discrete Optics 架構，由雷射、透鏡、隔離器、調變器及光偵測器等獨立元件組成，透過高精度光學對位完成封裝。然而當傳輸速率從 100G、400G 提升至 800G、1.6T 甚至未來的 3.2T 時，元件數量、封裝複雜度與功耗均大幅增加，使傳統架構逐漸面臨成本、尺寸與可製造性的瓶頸。

為解決上述挑戰，業界開始導入 Silicon Photonics（SiPh）技術，利用成熟的 CMOS 半導體製程，將波導（Waveguide）、調變器（Modulator）等光學功能整合於單一 Photonic Integrated Circuit（PIC）上，顯著提升整合度並降低組裝成本。對產業而言，Silicon Photonics 的價值不只是元件微縮，而是讓光學功能得以沿用半導體製造體系的大規模生產能力。同時，SiPh 也能與電子晶片進行異質整合，提供更高的頻寬密度與更佳的功耗表現。Intel 自 1990 年代開始投入 Silicon Photonics，歷經超過 20 年研發，於 2016 年成功量產矽光收發器，成為全球第一家大規模商業化 Silicon Photonics 的公司。

圖七：矽光子技術將光學功能整合於單一光子晶片之中 (資料來源: Intel)

CPO 則進一步將光學引擎主被動元件直接整合於 Optical Engine, 置於Switch ASIC 周圍，大幅縮短高速電訊號傳輸距離，進一步降低功耗與散熱負擔。從 Discrete Optics 到 Silicon Photonics，再到 CPO，若將光通訊發展視為一條持續提升頻寬密度的路徑，SiPh 與 CPO 可視為現階段最具代表性的技術方向。英偉達 (nVidia) 以及博通公司 (Broadcom) 都已推出基於 CPO 的交換機。

圖八：Broadcom與NVIDIA推出之CPO交換機平台

光通訊產業進入整合競爭時代

隨著 AI 訓練與推論規模快速擴大，資料中心對高速互連的需求持續攀升，推動光模組技術由 400G 邁向 800G、1.6T 甚至未來的 3.2T 世代。然而，頻寬提升所帶來的已不只是傳輸速度的挑戰，更涉及功耗、散熱、封裝密度與系統可靠度等多重課題。在大型 AI Cluster 中，高速光通訊已成為影響整體運算效率與資料中心營運成本的重要關鍵，產品開發難度也隨之大幅提高。

過去光通訊產業的供應鏈分工明確，從光學元件、通訊晶片到模組組裝，大多由不同廠商各自負責。然而在高速傳輸時代，一個先進光模組的開發往往需要同時整合光學設計、高速訊號完整性（SI）、電源完整性（PI）、熱管理、精密封裝與測試驗證等多項技術。當傳輸速率持續提升，訊號損耗、熱堆積與製造公差對產品效能的影響也更加顯著，使光、電、熱協同設計逐漸成為產品成功的關鍵。

另一方面，Silicon Photonics（矽光子）與 Co-Packaged Optics（CPO）等新世代技術的導入，也加速了產業整合趨勢。客戶關注的焦點已不再侷限於單一元件性能，而是更重視從設計開發、模擬驗證到量產製造的完整能力。因此，市場對具備跨領域整合能力的合作夥伴需求正持續增加。能夠同時結合高速電子設計、光學技術、先進封裝及量產能力的企業，將更有機會協助客戶縮短產品開發週期、降低導入風險，並掌握 AI 時代高速光通訊市場的成長契機。

從設計到量產，USI光通訊解決方案

環旭電子在高速訊號設計領域具備業界領先的SI/PI（訊號完整性與電源完整性）設計能力，並擁有先進的熱模擬與 Zemax 光學模擬與設計能力。也具備mSAP與substrate PCB製程的高速板設計能力。公司設有專業的光通訊實驗室，可進行光模組效能驗證，包括透過高速Sampling Scope量測光眼圖，以及利用BERT設備進行誤碼率（Bit Error Rate）測試。

環旭電子與子公司成都光創聯科技有限公司（EugenLight），已提供 400G、800G、1.6T高速矽光引擎, 光模塊以及支援UHP等級的ELSFP光源，相干傳輸C、L 、C+L band ITLA 器件，電信級氣密封裝400G LR4、ER4 OSA器件，以及用於光纖傳感領域的快速可調雷射器件（Fast Tunable Laser）等產品，並針對未來產品的需求例如 NPO，CPO FAU 以及所需的光學耦合製程與設備，波長分波多工 (WDM Wavelength Division Multiplexing) 產品技術等，積極開發當中，能滿足客戶在 Telecom 以及 Datacom 的需求.

圖九：環旭電子1.6T高速光收發模組產品

除了研發能力外，環旭電子在生產端具備完整的光模組製造能力，包括高密度SMT製程、KGD Flip-Chip與Die/Wire Bond產線及測試驗證能力。同時提供完整的光學器件組裝能力與光模組測試能力，能夠為客戶提供從設計、開發到量產的完整解決方案。--> 點我了解「USI光通訊重點產品介紹」、「USI光通訊產品列表」

常見問答（FAQ）

Q1：什麼是光通訊？為什麼它對 AI 資料中心如此重要？
A：光通訊是利用光訊號與光纖傳輸資料的技術，具備高頻寬、低損耗及適合長距離傳輸等特性。AI 資料中心內的大量 GPU 需要高速交換訓練與推論資料，因此光通訊已成為連接伺服器、交換機與運算節點的重要基礎設施。

Q2：什麼是光通訊模組（Optical Transceiver）？
A：光通訊模組（Optical Transceiver）負責電訊號與光訊號之間的轉換，讓資料可透過光纖高速傳輸。資料中心常見的可插拔封裝包括 QSFP、QSFP-DD 與 OSFP，並依傳輸距離採用 SR、DR、FR、LR 或 ZR 等規格。

Q3：400G、800G、1.6T 與 3.2T 光模組代表什麼？
A：這些數字代表光通訊模組的總傳輸速率；G 為 Gigabit per second，T 為 Terabit per second。例如，800G 表示每秒可傳輸 800 Gigabits。隨著 AI 資料中心的互連需求提高，光模組正由 400G、800G 邁向 1.6T，並朝 3.2T 持續演進。

Q4：什麼是矽光子（Silicon Photonics）？它與傳統光學架構有何不同？
A：矽光子（Silicon Photonics，SiPh）利用半導體製程，將光波導、調變器等功能整合至光子積體電路（PIC）。相較於由多個獨立元件組成的 Discrete Optics，矽光子可提升整合度，並有助於改善高速光模組的尺寸、成本、功耗與可製造性。

Q5：什麼是共同封裝光學（Co-Packaged Optics，CPO）？
A：共同封裝光學（CPO）將光學引擎配置於交換器 ASIC 周圍，縮短高速電訊號的傳輸路徑。相較於前面板可插拔光模組，CPO 可減少 PCB 走線造成的訊號損耗，並改善功耗、散熱與頻寬密度。

Q6：高速光模組的開發為什麼需要光、電、熱協同設計？
A：光模組速率提升後，產品會同時面臨訊號損耗、電源雜訊、熱堆積、光學對位及封裝公差等挑戰。因此，高速光模組需要整合光學設計、訊號完整性（SI）、電源完整性（PI）、熱管理、精密封裝及測試驗證。

Q7：USI 環旭電子可提供哪些光通訊產品與製造服務？
A：USI 具備高速 SI／PI 設計、熱模擬、Zemax 光學模擬、高速板設計，以及光眼圖和誤碼率測試能力。環旭電子與子公司 EugenLight 提供 400G、800G、1.6T 高速矽光引擎與光通訊模組，並整合 SMT、晶片封裝、光學器件組裝及模組測試，提供從設計開發到量產的完整解決方案。