【光進銅退2-1】AI算力的致命緊箍咒！「矽光子與CPO」如何引爆248億美元新賽局

AI算力大爆發的時代，真正的瓶頸並非「算力」本身，而是被硬生生卡住的「資料傳輸頻寬」！過去20年來，AI算力狂飆了6萬倍，但資料傳輸頻寬卻僅僅增長了30倍。當傳統銅線面臨物理極限，被譽為拯救AI算力救星的「矽光子與CPO（共同封裝光學）」技術應運而生，預估2030年市場規模將達到248億美元；這場象徵AI命脈的「光速革命」已然悄悄展開。

2030年豪吞248億美元！矽光子與CPO迎來爆發潮

生成式AI與大型語言模型正在以前所未有的速度推升資料中心規模。研調機構Yole的數據顯示，全球矽光子（註1）光學模組市場將從2026年的107億美元，一路成長至2030年的248億美元（約合新台幣8000億元），其中高達86%集中在資料通訊應用。

在這波浪潮中，技術架構正迎來世代交替。雖然目前傳統的「可插拔光模組（Pluggable）」仍是市場主流，但其市佔率預估將在2030年從94%萎縮至62%。取而代之的，是 CPO（註2）的全面崛起！其中，尤以晶片間互連的「Scale-up垂直擴充」最為驚人，市場規模將從0.4億美元暴增至55億美元，年複合成長率（CAGR）高達242%；而負責伺服器機櫃串聯的「Scale-out 水平擴充」也將以60%的年增率穩健成長。



熱錢炒過頭？專家示警：大規模量產恐延至2028年後

然而，在市場一片樂觀的氛圍下，國際研究機構 SemiAnalysis卻澆了一盆冷水。報告指出，受到光引擎連接良率僅95%、ASIC 集成難度以及整體成本效益的拖累，今年CPO的實際出貨量遠低於預期，大規模量產的時間點，恐怕會遞延到2028甚至 2029年。

工研院產科國際所分析師黃尹受訪亦直言：「市場上某些預測顯然太早了，疑似為了炒股，將CPO Scale-up（垂直擴充）時程提前！」他強調，晶片間的互連技術並不簡單，尚有瓶頸仍待突破，預計2030年之前達標。

黃尹指出，現階段而言，傳統銅線傳輸的C/P值依然遠高於光傳輸。以大廠博通（Broadcom）為例，其2024年推出的CPO交換機目前仍由客戶進行高達1萬小時的嚴格驗證。而台積電今年量產的COUPE平台，僅著墨在矽光子領域，但整個CPO生態系還牽涉到雷射、後端EIC與複雜的封裝技術，絕非一蹴可及。



突破晶片傳輸極限：拆解CPO技術演進藍圖

CPO 的核心概念，就是將「光學引擎」與「邏輯晶片（如 GPU、CPU、ASIC）」直接封裝在同一個載板上。技術上有Scale-out水平擴充（註3）和Scale-up垂直擴充（註4）兩種，前者是AI伺服器之間，屬機櫃外串聯，後者是晶片間互連，屬機櫃內串聯。還有一種Scale-across（註5）則是跨資料中心的連接。

現行技術採用可插拔光學引擎的形式，今年CPO已進展到將光學引擎封裝至基板，並靠近ASIC。(如上圖左方)

2027年之後，CPO技術將進展到Scale-up垂直擴充，把光學引擎封裝至中介層，且更接近GPU/CPU。最後則是Optical I/O，也就是把光學引擎整合中介層，實現晶片互連，這部分技術瓶頸極高，預計要到2029年甚至2030年前才有機會真正達標。(如上圖右方)


在CPO技術演進中，光的連接先由Scale-out交換器導入CPO，再逐步進入GPU、CPU的Scale-up互連。光學引擎越靠近運算晶片，高速電訊號距離越短，頻寬與能效越佳。「但是，技術越進步，光越靠近運算晶片，傳輸效率越完美；但相對地，封裝、散熱、光耦合與測試的難度也隨之提高。」黃尹強調。

CPO技術的終極目標是Optical I/O，也就是把光學引擎越做越大，將GPU、CPU等邏輯晶片直接放置在大型的光學基板上，並與中介層整合，實現真正的晶片級光互連。

誰是規則制定者？拆解AI光連接的三大權力核心

黃尹認為，觀察未來的AI光連接產業，不能只看上下游的光模組出貨量，而是要緊盯正在相互競合的三大核心角色。

首先，輝達成為AI光連接的架構定義者，決定AI基礎建設、GPU Cluster和CPO交換機的導入方向，擁有絕對的話語權，它能決定光要用在哪一層。例如 NVL72架構中，機櫃內部（晶片之間）目前基於成本仍堅守銅線連接，但機櫃外與機櫃間的連接，則強勢導入可插拔光纖產品。


其次，博通、Marvell等業者從交換器ASIC、數位訊號處理（DSP）、光子積體電路與CPO平台切入。目前技術趨勢是透過移除DSP轉向CPO架構，大幅降低40%的能耗，同步提升單通道的速度。

Lumentum、Coherent等光源/元件供應商掌握著磷化銦（InP）雷射光元、連續波雷射、電吸收調變雷射與外部光源等核心技術，影響CPO導入進程。

在這場由輝達定義架構、博通提供晶片、美系大廠供應光源的賽局中，誰能率先跨越封裝與良率的「深水區」，誰就能在未來的光速AI時代稱王。

名詞小百科：

註1：矽光子的英文全名為 Silicon Photonics（簡稱 SiPh）。係利用成熟的半導體製程，將光學元件整合在矽晶片上，以光訊號取代傳統的電訊號來傳輸資料。

註2：CPO全名是Co-Packaged Optics；中文譯為共同封裝光學元件，它是將光學引擎與邏輯晶片（如 ASIC、GPU、CPU）直接封裝在同一個基板上，藉此降低訊號衰減與能號。

註3：Scale-out（水平擴充）是AI伺服器之間的機櫃外串聯，距離是10公尺至1公里內。

註4：Scale-up（垂直擴充），是晶片內部、晶片之間（GPU、CPU）的機櫃內高速串聯，距離是10公尺以內。

註5：Scale-across是跨越不同資料中心間的長距離連接，可達數公里以上。