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技術_光互連

Properties2
tags技術/光互連, 技術/cpo, 技術/lpo, 技術/ocs, 產業/ai伺服器, 產業/光通訊
aliases光互連, 光互联, Optical Interconnect, 光通訊互連

閱讀時間約 20 分鐘

技術_光互連

定義

光互連（Optical Interconnect）是用光信號取代銅纜 / 電信號進行資料傳輸的技術，覆蓋晶片間、板卡間、機櫃間乃至資料中心間的各層互連。相較銅纜，優勢在於高帶寬（持續從 400G→800G→1.6T→3.2T 迭代）、低功耗（LPO vs 傳統模組省電 50%+）、低延遲（CPO 可達納秒級）。

為什麼現在重要：AI 算力集群的通信拓撲與傳統 HPC 根本不同——百萬 XPU 叢集中每個 XPU 對應光模組比例從 GPT-3 的 1:2 上升至 1:10，帶寬需求 2 年翻倍，銅纜在超過 2m 後即遭遇物理極限。NVIDIA Rubin 世代首次在 Spectrum6 交換機採用 CPO（共封裝光學），Google Ironwood TPU Superpod 已大規模部署 OCS 全光交換，光互連從「可選配件」變成「算力集群的神經系統」。2026 全球 1.6T 光模塊出貨 ~850K 支（+280% YoY），整個生態從可插拔光模組→LPO→CPO→OCS 正在同步快跑（research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629，2026-06-29）。

詳見 技術_CPO、技術_矽光子（SiPh）、技術_OCI；供應鏈全貌見 供應鏈_CPO。

圖解

圖（慧博智能投研，2025-05）：傳統交換機 vs CPO 交換機架構對比。上方傳統方案：ASIC 透過 PCB 電通道（SerDes 長距離）連接可插拔 DSP 光模塊（Pluggable）；下方 CPO 方案：Optical Engine（光引擎）緊鄰 ASIC 封裝，以光通道（光纖）連接遠端 RLM（Remote Laser Module），省去長距 SerDes，每比特能耗較傳統方案降低約 50–70%。

圖（元大投顧，2026-02）：AI 光互連三層擴展架構——Scale-up（Server IO 10–100s XPU → Rack Scale 1000s → DC Scale 10K+ XPU）對應不同網路協議（CXL/NVLink/ICI/UALink → AL Leaf Ethernet/IB → AI Spine Ethernet/IB）。訓練大模型以 Scale-up 機柜內光互連為主戰場，CPO/OCI 是突破機柜物理邊界、把 World Size 做大的關鍵。

圖（Goldman Sachs，2026-04-17）：Scale-up vs Scale-out AI 光互連架構對比。左：Scale-up 機柜內（NVL72 銅互連，72 GPU 機柜內 NVLink）；右：Scale-out 三層光學架構（Tier-1 Spine / Tier-2 Leaf / Tier-3 ToR），跨機柜 / 跨 pod 全靠光互連。Scale-up 追求低延遲（<μs）；Scale-out 追求高帶寬聚合（跨千至萬台 GPU）。兩者混合使用是 NVIDIA NVL576、Google Ironwood Superpod 的主要部署模式。

graph LR
    DAC["銅纜<br/>DAC / AEC<br/>&lt;1–2m｜近零功耗"]
    PLUG["可插拔光模組<br/>Pluggable + DSP<br/>15–30W @ 800G"]
    LPO["LPO<br/>線性可插拔<br/>~8.5W @ 800G"]
    NPO["NPO<br/>近封裝光學<br/>介於 LPO/CPO"]
    CPO["CPO<br/>共封裝光學<br/>~9W @ 1.6T"]
    OCS["OCS<br/>光電路交換<br/>無光電轉換"]

    DAC --> PLUG --> LPO --> CPO --> OCS
    LPO --> NPO --> CPO

    classDef copper fill:#92400e,stroke:#78350f,color:#fef3c7
    classDef plug fill:#1e40af,stroke:#1e3a8a,color:#dbeafe
    classDef lpo fill:#065f46,stroke:#064e3b,color:#d1fae5
    classDef cpo fill:#4c1d95,stroke:#3b0764,color:#ede9fe
    classDef ocs fill:#9f1239,stroke:#881337,color:#ffe4e6

    class DAC copper
    class PLUG plug
    class LPO,NPO lpo
    class CPO cpo
    class OCS ocs

圖說：光互連技術路線從左（銅纜）往右演進，每一步都以省電或帶寬突破為驅動；CPO 與 OCS 是 2027–2028 的決策節點，各廠商選擇哪條路線直接決定供應鏈受惠結構。

技術原理

各方案架構比較：

技術架構傳輸距離功耗（800G）可維護性商用進度
銅纜（DAC/AEC）純電信號<1–2m（224Gbps 時）極低（近零）極佳，即插即拔機櫃內短距
傳統可插拔光模組獨立模組 + DSP 芯片數十米至公里15–30W極佳，可熱插拔當前主力（至 2028）
LPO（線性可插拔）無 DSP，信號處理移至 ASIC數十米至百米~8.5W（省 >50%）良好，兼容現有接口已規模部署；2026–27 大規模放量
CPO（共封裝光學）光引擎 + 交換芯片同基板毫米級（芯片間）~9W（1.6T）差，故障需整板更換2027–2028 開始規模落地
NPO（近封裝光學）介於可插拔與 CPO厘米至分米介於 LPO/CPO中，比 CPO 易換探索階段
OCS（光電路交換）MEMS 微鏡全光交換，無電層轉換機架間 / pod 間低（無光電轉換）可模組化Google Ironwood 已部署

與傳統電互連的差異：銅纜互連在 AI 算力世代面臨物理極限——224 Gbps 訊號衰減要求距離 <2m、功耗密度隨速率平方增長。光互連以光子替代電子載體，繞開這個物理牆；但換來的代價是光電轉換本身的功耗、可維護性下降（CPO 尤甚），以及上游 InP 光電芯片的供應瓶頸（詳見 技術瓶頸/風險）。

關鍵參數 / 判斷指標

指標意義投資觀察
XPU:光模組比例AI cluster 規模愈大，光互連密度愈高GPT-3=1:2 → 百萬 XPU=1:10；比例提升直接拉動光模組 TAM
LPO 出貨量（萬只）無 DSP 可插拔模組市占滲透速度2025: 100 萬只 → 2026: 400 萬只 → 2027: 1000 萬只（memo_光电芯片调研_200G_PD_InP_Driver_TIA_acecamptech_20260522）
CPO 量產時程省電 30–80%，換來可維護性犧牲Broadcom 2027H2 量產；NVIDIA/TSMC 深度定制 CPO 封閉生態
OCS 採購台數Google 三年計劃 20 萬台（2026–2028）2026: 2.5–3 萬台；節奏提前 → 受惠廠商（Lumentum / Coherent MEMS、旭創、新易盛）直接出貨
1.6T 光模塊出貨（萬只）AI 算力升級速度最直接指標2026 全球 ~85 萬只（+280% YoY）；GB300 NVL72 機架 ~5.5 萬台（+129% YoY）（research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629）
CW Laser 功率升級路線CPO/NPO 核心光源；功率 50mW→150mW→400mWCAGR 276.2%（300mW+），2455_全新（市） / 3081_LandMark光電（市） / COHR.US(coherent) 直接受惠
InP 基板供需缺口PD/CW Laser 的共同上游瓶頸2026 年有效產能僅 ~70 萬片 vs 需求 200–210 萬片，~70% 缺口延續至 2028

產業動能

  • NVIDIA 光學投資確認 CPO 路線：NVIDIA 各投資 LITE.US(lumentum) 和 COHR.US(coherent) 各 $20 億美元並簽採購承諾；Rubin 世代 Spectrum6 CPO（102T）是史上第一個正式量產的 CPO 交換機（research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629，2026-06-29）。
  • Google OCS 大規模部署：memo_OCS_ASIC設計_光通信_LPU_AOC_acecamptech_20260517（2026-05-17）記錄 Google V8I Boardfly 拓撲：取消 3D Torus，改採 Full Mesh + OCS，最遠跳數從 16 降至 7；三年 OCS 採購計畫合計 20 萬台（2026–2028），代工已轉向旭創/新易盛。
  • 1.6T 光模塊爆發：research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629（2026-06-29）：全球 1.6T 出貨 ~850K 支（+280% YoY），GB300 NVL72 機架 ~55K 台（+129% YoY）。
  • SiPh 滲透率突破 50%：2026 OFC 確認 SiPh 收發模組行業滲透率已超 50%，Tower Semiconductor 佔代工 60–70%；台積電宣布進入 SiPh 代工（research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629）。
  • CSP Capex 激增確認光互連需求（Latitude，2026-05-22）：2026 年 Big 4 CSP（Microsoft/Google/Amazon/Meta）資本支出合計達 $3,270 億（+54% YoY），AI 基礎設施光互連是其中高密度支出項目。台積電 CoWoS 產能預訂已售罄（2026–2027）；光學互連在 AI cluster 中的重要性從可選配件上升至基礎設施關鍵路徑。
  • Scale-up vs Scale-out 兩軸並行（Goldman Sachs，2026-04-17）：Scale-up 以 NVLink/OCI 為主（機柜內/跨機柜低延遲），Scale-out 以 Ethernet/IB 可插拔光模塊為主（跨資料中心高帶寬），二者同步成長，光模塊 TAM 受兩個向量拉動。MRVL 在 Scale-up 光互連 merchant IC 中排名第一，整體光通連接業務 2026E 成長 70%。
  • OCI 200G MSA 打破封閉生態：2026-03-11 META.US(meta) + AVGO.US(broadcom) + AMD.US(amd) 發布 OCI 200G v1.0 MSA，定義 scale-up 光互連開放標準（ELSFP 外部雷射、MRR DWDM、雙向單纖），試圖標準化打破 NVIDIA NVLink 封閉生態（詳見 技術_OCI）。
  • NVIDIA×Corning 確認「光進銅退」：2026-05-06 NVIDIA 宣布與 GLW.US(corning) 戰略合作，光纖取代銅纜；6442_光聖（市） 供應 6,912/13,824 芯高芯數光纜（Google Ironwood Superpod 全球獨供）。
  • InP PD 缺口確認：memo_光电芯片调研_200G_PD_InP_Driver_TIA_acecamptech_20260522（2026-05-22）：200G PD 今年能交付訂單的 60% 多，缺口 60–70%；2026 年出貨量預計超過 2,000 萬只，2027 年達 5,000–6,000 萬只；InP 基板漲幅 20–30%。

概念股 / 族群

類型廠商角色觀察點
InP 磊晶2455_全新（市）MOCVD InP PD+LD+CW Laser；台灣最大 800G PD 廠PD 缺口 60–70%；1.6T 良率與出貨節奏
InP 磊晶 / 垂直整合3081_LandMark光電（市）InP 垂直整合，CW Laser 方向CW Laser 量產進度；Rubin 光引擎供應鏈切入
GaAs/InP 晶圓代工3105_穩懋（櫃）GaAs/InP 晶圓代工CPO 光引擎代工訂單能見度；LEO PA 需求互補
CoS 封裝3450_聯鈞（市）InP 光芯片 CoS 封裝CPO/LPO 出貨量拉動
FAU 光纖耦合3363_上詮（櫃）FAU 光纖陣列單元，CPO/LPO 核心被動器件供需缺口；CPO 量產後 FAU 需求倍增
高芯數光纜6442_光聖（市）6,912/13,824 芯高芯數光纜，Google Ironwood 獨供OCS 採購節奏直接拉動；擴產時程
測試設備2360_致茂（市）光模組 E/O 耦合與電氣測試設備CPO 量產帶動測試機台需求
外部雷射源LITE.US(lumentum)CW Laser / OCS MEMS；NVIDIA 投資 $20 億NVIDIA 採購承諾兌現時程；OCS 出貨節奏
外部雷射源 / OCSCOHR.US(coherent)CW Laser、InP 德州廠 6 吋；MEMS OCS 供應CPO CW Laser 量產進度；OCS 代工格局
光纖GLW.US(corning)高芯數光纖，NVIDIA 合作夥伴資料中心光纜佔比持續提升

信心水準

高（法說/調研/直接合約佐證）：全新 800G PD 缺口 60–70%（memo 2026-05-22）；光聖 Google Ironwood 獨供（確認客戶）；Lumentum/Coherent（NVIDIA $20 億投資公告）；Google OCS 採購節奏（memo 2026-05-17）。 低（待驗證）：LandMark 光電 CW Laser 量產節點；穩懋 CPO 代工具體訂單；聯鈞 CoS 在 CPO 平台的份額；致茂 CPO 測試機台出貨量。

技術瓶頸 / 風險

  • CPO 可維護性差：光引擎與交換芯片同封裝，任何光學通道故障需整板更換；維護成本遠高於可熱插拔模組，是 CSP 延遲大規模 CPO 部署的主因。Broadcom CPO 預計 2027H2 才量產，散熱（ASIC 功耗接近 1,000W）與可靠性是設計難點（memo_光电芯片调研_200G_PD_InP_Driver_TIA_acecamptech_20260522，2026-05-22）。
  • InP 上游供應瓶頸嚴重：200G PD 目前僅 Macom 和 Broadcom 量產；InP 基板有效合規產能僅 ~70 萬片 vs 需求 200–210 萬片（~70% 缺口），擴產週期 18–36 個月，預計延續至 2028 年。PD 漲價 20–30% 大概率（同上）。
  • LPO 1.6T 鏈路損耗技術瓶頸：1.6T LPO 仍在實驗室測試；Driver EQ 均衡能力需達 20dB，現有技術僅 8–10dB，距量產至少 2 年（同上來源）。
  • OCS 單台成本高企：300×300 端口 OCS 整機成本約 60,000 USD（MEMS 晶片 8–10K + 控制晶片 8–9K + 光模組 8–9K + 其他），規模化部署的 TCO 壓力仍大；OCS 代工格局快速洗牌（從武漢捷普轉向旭創/新易盛）（memo_OCS_ASIC設計_光通信_LPU_AOC_acecamptech_20260517）。
  • NVIDIA 封閉生態壁壘：NVIDIA/TSMC 深度定制 CPO（microled 調製器，Driver/TIA 全內化）封閉供應鏈，外部 IC 廠無法參與；OCI MSA 雖有 Meta/Broadcom/AMD 推動，但 NVIDIA 不跟進，標準碎片化讓開放生態受益方受限（同上）。

相關技術

附錄：技術細節補充

市場規模

指標2024A2026E2030ECAGR
全球光互連市場（總）$17.9B—$151.4B42.8%
資料中心光互連市場$13.7B—$144.4B48.1%
以太網光模組+CPO（100G+）$16.5B+65% YoY>$50B（2031E）—
OCS 市場~$0.4B—$2.5B（2029E）—
全球雷射芯片市場$2.6B—$22.9B44.1%
資料中心雷射芯片$1.6B—$21.1B53.4%

資料來源：LightCounting、灼識咨詢（慧博智能投研_光互联行业深度_发展现状_发展空间_未来趋势及相关公司深度梳理_260525，2026-05-25）

雷射芯片：EML vs CW Laser

類型用途市場份額（2024）CAGR（2024–2030）
EML（電吸收調製雷射）傳統可插拔光模組（400G/800G）主流66.6%（EML+CW 合計）
CW Laser（連續波雷射）SiPh 收發模組光源（CPO/NPO 用）成長中高（NPO/CPO 驅動）

CW Laser 功率升級路線（NPO/CPO 拉動）：

  • 50mW→70mW→100mW（當前主流，800G/1.6T SiPh）：CAGR 62.5% / 127.2%
  • 150mW / 300mW / 400mW（下一代 NPO/CPO）：CAGR 276.2%

NVIDIA 產品路線圖

平台年份交換機容量關鍵光互連
Blackwell2023–24Spectrum5（51T）NVLink5（1,800 GB/s）；800G CX8 網卡
Rubin2025–26Spectrum6 CPO（102T）NVLink6/7（3,600 GB/s）；1,600G CX9 網卡
Feynman2027–28Spectrum7 CPO（204T）NVLink8；CX10 網卡

DR vs FR 選型基礎

技術傳輸距離光纖芯數調製方式成本適用場景
DR（PSM4）500m8 芯（4 發 4 收）4 路並行直調模組便宜，布線貴機柜間短距，光纖資源充足
FR（CWDM4）2km2 芯4 波波分復用模組貴（含 WDM），光纖省長距或光纖資源緊張

OCS（光電路交換機）詳情

  • Google TPU Ironwood Superpod：大規模部署 MEMS 微鏡 OCS 交換機
  • Google V8I Boardfly 拓撲：Full Mesh + OCS，最遠跳數從 16 降至 7，推理效率大升
  • Google OCS 採購計劃：2026: 2.5–3 萬台；2027: 4–5 萬台；2028: 8–10 萬台（三年合計 20 萬台）
  • OCS 代工格局：武漢捷普 2025 年底合約結束，轉向旭創、新易盛（具 COO 境外產地證明）
  • 技術路線市占：MEMS >50%、數字液晶 ~30%、壓電陶瓷 ~15%、矽基光波導 ~5%

AOC（有源光纜）

  • Google 2025 年採購 60 萬條 AOC → 2026 年 100–120 萬條（主要 400G/800G）
  • 60 萬條 AOC 對應 120 萬個預裝光模塊；Google 另單獨採購 600–700 萬只標準化光模塊

OCI 200G MSA

2026-03-11，META + Broadcom + AMD 三方發布 OCI 200G v1.0，定義 scale-across 光互連開放標準：ELSFP 外部雷射（CW DFB，不綁 WDM）、MRR DWDM（4λ 多工）、雙向單纖（1308–1315nm Group A / 1328–1335nm Group B）、NRZ×4λ（總速率 212.5 Gbps）。速率梯：200G → 400G → 800G → 1.6T。詳見 技術_OCI。

矽光子（SiPh）技術

  • 行業滲透率已超 50%（2026 OFC 確認）
  • SiPh 收發模組用 CW Laser 作外部光源（External Light Source）

全球 SiPh 代工格局（2026 年）：

代工廠SiPh 市占特點
Tower Semiconductor60–70%全球最大 SiPh 代工廠
GlobalFoundries—成本較高，更適合 CPO/OIO 複雜設計
聯電 UMC—其他
台積電新進入近期宣布進入 SiPh 代工

光纖基礎設施

  • 高芯數光纜：6442_光聖（市）（6,912/13,824 芯，全球獨供），用於 Google Ironwood Superpod OCS 互連
  • 空心光纖（Hollow-Core Fiber）：低時延優勢（趨近光速 c），海外售價 ~4 萬元/芯公里，國內 ~2.6 萬元；微軟計劃 2 年內部署 15,000 芯公里；目前只能穩定拉制 10–20 公里
  • 多模光纖：2023H2 起持續緊張；2026 年資料中心用量預計首超 50%（2025 年已逾 6,000 萬芯公里，占 30%+）

來源

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