高速互聯推進,CPO走向系統端,800G量產的系統整合競賽

當AI資料中心進入超大規模訓練叢集時代,互連規格的隨之改變。過去光模組升級從100G到400G,多半是頻寬需求推動下的技術演進,但進入800G之後,頻寬不再只是追求更快,而是決定叢集訓練效率。根據多家產業研究機構公開資料整理,800G光收發模組在全球資料中心出貨占比,預估將從2024年不到2成,26年提升至超過6成水準。Alphabet公開指出,近兩年資本支出將優先投入AI基礎建設與資料中心擴充。當單一雲端業者的算力叢集動輒由數十萬顆加速器組成,互連頻寬已成為決定效率的關鍵。隨著傳輸需求大增,GPU或TPU之間的資料傳輸延遲也隨之增加,即便單顆加速器性能再強,也會因等待同步而降低效率。
當每個機櫃插滿數十個光模組,總功耗迅速放大,散熱壓力同步上升,資料中心的電力配置被迫重新評估,當前400G已開始出現能效與密度瓶頸。Cisco於26年2月發布Silicon One G300架構時明確指出,其交換能力達102.4Tbps,並搭配800G LPO方案。相較傳統retimedoptics設計,800G LPO可降低光模組功耗約5成,而在系統整體架構優化下,交換器功耗可再下降約3成。
輝達於近期發表Quantum-XPhotonics交換器,提供144個800Gb/s InfiniBand網路埠,並導入液態冷卻設計。新架構在擴展規模與效能上均較前代明顯提升。當單1交換器能支撐如此高密度的800G埠數,意味著前面板空間與熱管理已逼近極限,液冷也成為必要需求。由此可知,當速率與埠數同步提升,電光轉換距離過長所帶來的損耗與熱源,成為系統瓶頸。於是市場開始討論是否應將光學元件更靠近交換晶片,也使得CPO(Co-Packaged Optics)成為產業導論焦點。台灣交換器代工龍頭智邦(2345)近年營收結構顯著受惠於高速資料中心產品放量。當前智邦資料中心產品占比逐步提高,並致力於800G滲透率提升,交換器主機板設計、電源模組與散熱架構。光模組產業重要台廠眾達KY(4977)公開財報指出,光通訊產品營收比重提升,並強調高階模組出貨增加。這些也意味著800G需求已從試產驗證進入量產。
800G成為大型AI資料中心站穩主流配置之後,頻寬需求也隨之增加,1.6T並非單純的速率升級,而是在改造整個互連架構系統。目前主流的1.6T可插拔模組多採用OSFP或QSFP-DD外型延伸規格,業界指出,其單模組功耗區間約落在30瓦至40瓦之間,相較800G模組顯著提高。若以1台高階交換器配置32埠甚至64埠推算,僅光模組本身的功耗就可能突破1000瓦以上,再加上交換晶片與電源轉換損耗,單機櫃功率密度急速增加。為此,CPO(Co-Packaged Optics)可望從概念走向架構核心。CPO的本質是將光引擎與交換晶片在封裝層級緊密整合,把原本位於前面板的光模組收縮,並縮短電訊號走線距離,減少損耗與熱源集中問題。當電光轉換點更接近晶片核心,不僅可以降低重定時電路需求,也能釋放前面板空間壓力,提升整體頻寬密度。
國際光元件廠Coherent(COHR)在公開資訊中提到,當前1.6T相關產品線與光引擎產能正持續擴充,市場需求來自大型資料中心升級,同時,上游光源與雷射端已為更高整合度互連架構提前備整。穩懋(3105)近年法說會多次提及化合物半導體在高速光通訊與矽光子應用的布局。根據公司揭露,其營收結構中光通訊相關產品比重逐步提升,當CPO推動矽光子平台與雷射光源更緊密結合,磊晶與化合物半導體製程能力將直接影響良率與成本。這意味著1.6T不只是模組廠的故事,而是從材料端、晶圓端一路延伸到封裝整合的跨層工程。
1.6T不僅應用在光學相關領域,也在致力於封裝端應用。光電元件與交換晶片必須在同一封裝體系中協同運作,其中關鍵為先進封裝產能與測試能力是否能相輔相成。日月光投控(3711)公開資料指出,其先進封裝業務持續擴充,並強調AI與高效能運算應用帶動異質整合需求。未來高階封裝產能將成為稀缺資源,CPO在未來將導入同一條封裝產線,以增加高階封裝量產速度。
國際跨國大廠如:Anritsu(6754.JP)、Viavi(VIAV.US)、Keysight(KEYS.US)等公司也正在強化支援1.6T等級互連的測試與驗證平台。台灣交換器整機廠智邦公開財報中資料中心相關產品營收持續成長,高階交換器為主要動能來源。當CPO被推向系統端,有能力把交換晶片、電源管理、散熱模組與光電整合的整機廠商將掌握主導權。
1.6T與CPO從技術藍圖走向系統設計核心,產業真正面臨的考驗是在產線。高速互連的升級可以在實驗室完成,但能否轉化為穩定營收,取決於良率與擴產能力。在過去800G時代,光模組仍維持可插拔架構,製造流程大致延續既有模組產線邏輯。然而進入CPO階段,光引擎與交換晶片是在封裝層級整合,其中雷射光源、矽光子晶片、封裝基板與散熱結構被導入同一顆模組或封裝體系中,任何一個環節的誤差,都會直接反映在整機良率上。相關產業研究指出,高階光收發模組進入800G與1.6T世代後,光電耦合器精度與穩定度成為是否量產重點。高明鐵(4573)26年1月營收7877萬元,較去年同期與前1月均成長。主要受惠於800G放量與1.6T小量生產啟動,耦光與光測工站需求提升。
上游材料與光源端泰谷(3339)公開說明將強化矽光子相關布局;惠特(6706)則在近期提及雷射與量測代工業務比重調整;立碁(8111)25年營收8.53億元,持續在光電元件基礎上延伸應用。在未來CPO需要與交換晶片共封裝,產線排程與封裝將直接影響導入速度。若封裝端產能吃緊,即便光引擎技術成熟,也難以快速放量。
國際光通訊展會如OFC/APE近年也從光模組展示,轉向製造流程、封裝整合與測試生態系。其中製造工站的落地則是致力於耦光自動化熟成、封裝良率提升、測試標準化完成的重點。經過一站一站的試驗,CPO才會像當年的100G與400G1樣,從高階應用走向實體部署。若製造端無法形成規模經濟,CPO將無法量化成實際應用。高速互聯的演進,從800G臨界點到1.6T架構,再到製造工站落地。台灣供應鏈的優勢不再只在代工,而在於系統整合與製造協同。
