光電融合是什麼？看懂AI資料中心下一代CPO核心技術

隨著生成式AI快速普及，高速資料傳輸需求大幅增加，傳統電訊號傳輸開始面臨功耗、散熱與頻寬瓶頸。因此，「光電融合（Optoelectronic Integration）」開始成為近年半導體與通訊產業最受矚目的技術方向之一。

簡單來說，光電融合的核心概念，就是讓原本以電訊號傳輸的部分，逐步改由光訊號取代，也就是「光進銅退」。由於光傳輸具有高頻寬、低損耗與低功耗等特性，也被視為解決AI資料中心能耗問題的重要方向。

光電融合並非一次到位，而是沿著三個階段逐步演進。

第一階段：插拔式光收發模組（Pluggable Transceiver）
目前最常見的方案。光電轉換主要發生在設備邊緣，電訊號仍需在PCB板上傳輸一段距離，因此在高速運算下，功耗問題逐漸浮現。

第二階段：板載光學（On-Board Optics, OBO）
將光學元件直接搭載於PCB上，讓光模組更接近運算晶片，以縮短電傳輸距離並降低訊號損耗。

第三階段：共同封裝光學（CPO, Co-Packaged Optics）
當前半導體與AI產業最熱門的議題。利用先進封裝技術，將負責運算的晶片（ASIC/GPU）與矽光子晶片，一起擠在同一個封裝基板上，讓光學元件更靠近運算晶片。

近年來，包括TSMC、Intel、NVIDIA等科技大廠，都積極投入CPO與矽光子技術布局

Intel主推「邊緣耦合（Edge Coupling）」。其做法為讓光線從晶片側邊進入波導。這種方式具有低損耗、高頻寬等優勢，但缺點是製程與封裝難度較高，需要高精度切割與拋光，因此量產成本相對較高。

TSMC則主推「光柵耦合（Grating Coupling）」。其原理是在晶片表面製作微細光柵結構，利用衍射原理將光導入晶片內部。雖然光損耗相對較高，但因為不需要切割與拋光晶片邊緣，因此更適合晶圓級測試與大規模量產。

整體來看，邊緣耦合在光學性能上具備優勢，而光柵耦合則在量產與封裝整合上更具商業化彈性。以目前產業發展趨勢而言，光柵耦合因更貼近晶圓代工與先進封裝生態系，市場關注度相對較高。