「以光代電」的半導體新革命！CPO 成 AI 資料中心下一戰
2026/07/07
半導體產業正掀起一場「以光代電」的技術大革命，CPO（光電共封裝）技術透過縮短電訊號距離、提早轉換成光訊號，大幅降低高速傳輸耗能。（圖片來源：iStock）
走進全球科技巨頭位於北美的超大型資料中心，耳邊傳來的是成千上萬台伺服器風扇震耳欲聾的低鳴，這是AI 發展速度目前遇到的問題，當大型語言模型參數量從數百億一路衝向兆級規模，AI 資料中心內部的傳輸壓力，也正在以幾何級數暴增。
過去依賴銅線進行高速傳輸的架構，開始面臨功耗、散熱、延遲與訊號衰減等物理極限。在這樣的背景下，一場「以光代電」的新革命，正在半導體產業快速成形。
而被視為下一代 AI 基礎設施關鍵技術的，就是 CPO（Co-Packaged Optics，光電共封裝)，從輝達（NVIDIA）、博通（Broadcom）、Marvell，到台積電、日月光、矽品與台灣光通訊供應鏈，全球科技巨頭幾乎都已經全面卡位。市場甚至開始認為，CPO 很可能會像過去的 CoWoS 一樣，成為 AI 時代下一個最重要的產業升級方向。
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AI 算力暴增 銅線開始碰到物理極限
然而，在我們追求晶片製程越來越先進（像是 3 奈米、2 奈米）的同時，半導體界正碰上一個預料之外的物理大難題。這個問題不在晶片本身算得不夠快，而是連接著晶片、負責傳遞訊號的「傳統銅導線」，已經快要跟不上速度了。
簡單來說，當我們要求資料傳輸速度快到一定極限時，銅線就會開始嚴重發熱，訊號也會像在很長的水管裡傳送一樣，走著走著就變弱、變模糊了。為了解決這個嚴重的物理瓶頸，科技界正在發起一場「以光代電」的革命。其中，被稱為「共同封裝光學」（簡稱 CPO）的新技術，已經成為各大科技巨頭爭奪 AI 下半場主導權的關鍵戰場。
現在 AI 伺服器最大的問題之一，是 GPU 雖然越做越強，但資料根本「餵不進去」。例如一座大型 AI 資料中心，內部可能有數萬顆 GPU 同時運作。GPU 與 GPU 之間、交換器與交換器之間，需要進行海量資料交換。一旦傳輸速度跟不上，整体算力效率就會被拖垮。
更麻煩的是，銅線高速傳輸的耗電量極高，近年 AI 資料中心耗電問題已成全球科技巨頭頭痛焦點。市場估算，一座大型 AI Data Center 的用電量，甚至可能接近一座小型城市。
因此，如何降低資料傳輸功耗，開始成為產業最重要的新戰場，光通訊，正是在這時候重新被推上舞台中央。
每一次科技產業的技術大改版，都會帶來一輪新的財富與供應鏈重新洗牌。（圖片來源：iStock）
用「光」代替「電」：矽光子技術如何解決發熱與塞車問題
既然「電」走不快、又容易發熱，科學家便把目光投向了物理界速度最快的「光」。光子不帶電，彼此之間不會打架（干涉），而且傳遞時幾乎不會發熱。把原本用來傳電的半導體，改造成可以用來傳送「光訊號」的技術，就是現在最熱門的「矽光子（Silicon Photonics）」技術。
所謂 CPO（Co-Packaged Optics），簡單來說，就是把光通訊模組直接與交換器 ASIC 晶片封裝在一起。過去資料中心的光模組，大多是在交換器外部。但當傳輸速度越來越高，外部連接的距離與耗能也會快速增加。CPO 的核心概念，就是「把光學元件盡可能靠近晶片」。
這樣可以大幅縮短電訊號傳輸距離，降低功耗與延遲，同時提升整體頻寬效率。換句話說，過去是「電訊號跑很遠，最後才轉成光」，現在則變成「盡快把電轉成光」，這背後最大的改變，就是資料中心架構正在從「電互連」走向「光互連」。
可以把矽光子想像成「在微小的晶片上蓋地下鐵」。科學家利用半導體製程，在矽晶圓上刻出極其微小的「玻璃光通道（光波導）」，讓光子在裡面飛速穿梭，「光電轉換」一旦成功，好處非常明顯，幾乎不發熱：光在跑的時候不會產生阻力，伺服器不需要再為發燙而煩惱，速度也可以快好幾倍，一條光纖可以同時傳送不同顏色的光（波長），這就像在高速公路上疊加了多層立體車道，傳輸效率是傳統銅線的數十倍。
AI 模型規模暴增，資料中心內部傳輸壓力急速攀升，傳統銅線架構開始面臨功耗與頻寬瓶頸。（圖片來源：iStock）
科技巨頭的「光速」卡位戰：輝達、博通與晶圓大廠都在搶什麼
AI 晶片算力提升後，先進封裝突然成為全球最稀缺資源。如今市場開始認為，CPO 很可能正在複製相同路徑，因為 AI 未來的瓶頸，已經從「單顆晶片效能」，逐漸轉向「整體系統互連效率」。
當 GPU 越來越多、模型越來越大，資料中心真正重要的，是「如何把這些算力串起來」，而這正是 CPO 的核心價值。
輝達（NVIDIA）：他們的核心是 GPU（顯示晶片）。輝達現在不只追求晶片本身跑得快，更在研究如何用「光」把成千上萬顆 GPU 串聯起來，讓它們像一整顆巨型超級大腦一樣協同運作。
博通（Broadcom）：這家網通晶片巨頭是 CPO 的先驅。他們已經做出很多款整合 CPO 的高階網路交換器晶片，並送給微軟、Google 等雲端大戶進行測試。
台積電（TSMC）：晶片和光學元件要完美黏在一起，需要極高超的「封裝技術」。台積電近年來積極推動的先進封裝平台（如 COUPE），就是為客戶提供一站式服務，幫忙把邏輯晶片跟光學引擎完美「打包」在一起，這也成了台積電除了晶圓代工外，最厲害的技術護城河之一。
被視為下一代 AI 基礎設施關鍵技術的，就是 CPO（Co-Packaged Optics，光電共封裝）。
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Elena伊亮娜
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