OFC2026 - High-Speed Optical Modulators for Intra-Data Center Links: Unlocking 400 Gb/s per Lane and Beyond - OFC Panel

前言

隨著 AI 訓練與推論的龐大算力需求（如 ChatGPT 等大型語言模型的迭代），資料中心內部網路的「橫向擴展 (Scale-out)」與「向上擴展 (Scale-up)」正面臨極端頻寬挑戰 。最新交換器 ASIC 的通道速率已達到 200 Gb/s，而業界正將目光鎖定在 2028 年預計部署的 400 Gb/s per lane 世代 。在 2026 年的 OFC 展會上，針對強度調變與直接偵測 (IM-DD) 格式的發射端技術成為焦點，這場重量級 Panel 齊聚了 TSMC、OpenLight、AMF、Polariton、Lumentum 與九州大學的技術高層，探討純矽光子 (SiPh) 是否已達物理極限，以及 InP、電漿子 (Plasmonics)、聚合物 (Polymers) 與薄膜鈮酸鋰 (TFLN) 等異質材料在功耗、頻寬密度與量產性 (HVM) 上的殘酷競爭 。

核心技術與數據深度解析：各廠觀點全紀錄

TSMC (Sheng Kai Yeh) - 矽微環調變器 (MRM) 與先進封裝

• 核心技術： 聚焦於矽微環調變器 (Microring Modulators, MRM)，利用 PN 接面的電漿色散效應進行光強度調變 。

  
  

• 優勢與數據： MRM 具備波長選擇性，能提供優異的封裝緊湊度與高頻寬密度 。

  
  

• 技術痛點與解法： MRM 對封裝溫度與製程變異極度敏感 。TSMC 實測樣本顯示，將峰值波長對齊目標波長所需的最大加熱器功率 (heater power) 小於 150 mW 。

  
  

• 封裝路徑： 強調 3D IC 封裝（如 CoWoS 與 3D Fabric）整合能力，能縮短電氣路徑以降低雜訊，並提升系統級處理密度 。

  
  

OpenLight (Beichen Wang) - 矽光子異質整合 InP EAM

• 核心技術： 在標準 CMOS 矽光子平台上，選擇性異質整合 III-V 族材料，打造電吸收調變器 (EAM) 與整合雷射源 。

  
  

• 優勢與數據： 具備極佳的微縮性，單片 8 吋矽晶圓可製造數萬至數十萬顆 EAM，大幅降低成本並提升頻寬密度 。

  
  

• 效能指標： 光學插入損耗在 10°C 至 80°C 範圍內僅 1-2 dB 。元件總長度低於 400 μm，主動調變區段小於 100 μm 。結電容測得 67 fF，串聯電阻 24 ohm 。

  
  

• 傳輸實測： 成功展示 400 Gb/s PAM4 傳輸，在 2.25 Vpp 驅動電壓下達到 1.8 dB 的消光比 (Extinction Ratio)，S21 響應高達 100 GHz 。

  
  

AMF (Patrick Lo) - 矽光延壽與新材料代工策略

• 核心觀點： 持續透過 PN 接面工程來延長矽光子 (Mach-Zehnder 及 MRM) 在 200G 與 400G 世代的壽命 。

  
  

• 新材料整合： 認知到純矽的物理限制，AMF 正投入將薄膜與聚合物等新材料整合至 SOI 基礎基板的研發藍圖 。

  
  

• 量產挑戰： 強調任何新材料（包括 BTO 或聚合物）的導入，除了可靠度外，必須考量製程工具的相容性、封裝密封性以及是否能順利融入 CMOS 代工廠的生產流程 。

  
  

Polariton (Claudia Hoessbacher) - 電漿子 (Plasmonics) 與有機材料

• 技術突破： 採用金屬-絕緣體-金屬波導結合有機電子材料，突破光學繞射極限，實現極微型化設計 。

  
  

• 極致規格： 主動區段僅 15 μm 長，電容極小，無須 50 ohm 終端電阻，展現從 DC 到 Terahertz (THz) 等級的平坦頻率響應 。

  
  

• 傳輸實測： 成功展示 100 Gbaud (200 Gb/s) PAM4 訊號，驅動電壓僅 700 mV 。

  
  

• 整合潛力： 可在標準矽光子 (如 IMEC 的 200mm 晶圓) 的被動元件上進行後處理 (post-process) 整合 。

  
  

Kyushu University (Shiyoshi Yokoyama) - EO 聚合物與完美晶體

• 核心技術： 研發具備超大電光 (EO) 係數的聚合物與無鉛晶體 (如 BTO, PZT, KNN) 。

  
  

• 效能指標： 實測顯示在 81.6 GHz 具備清晰的 S21 響應 。

  
  

• 可靠度釋疑： 針對業界對聚合物穩定性的疑慮，展示了在 80°C 下 2000 小時的光學穩定性測試無衰退，其玻璃轉化溫度 (Tg) 高達 90°C 至 110°C 。

  
  

Lumentum (Matthew Sysak) - InP EML 與 HVM 量產就緒

• 核心優勢： InP EML 元件尺寸極小 (數十微米)，頻寬極高，且驅動電壓非常低 。

  
  

• 技術宣示： 已展示 400 Gb/s 甚至超過 1.5 Tb/s (多通道) 的網路傳輸能力 。

  
  

• 產業現實： 強調雖然 TFLN、BTO 與聚合物在頻寬與尺寸上極具吸引力，但 InP 在大數據中心的大規模量產 (HVM) 準備度、供應鏈成熟度以及元件堅固性上，是目前最具商業化條件的解方 。

  
  

共識與分歧點分析

• 共識：協同設計 (Co-design) 的絕對必要性。 所有與會者皆同意，在 200 Gbaud+ 世代，光學調變器不能單獨作戰，必須與高速 DSP 及驅動晶片進行深度的封裝級協同設計，以解決阻抗匹配與功耗過高的問題 。

  
  

• 分歧點：極致效能 vs. 量產可製造性。 * 代工廠視角： AMF 與 TSMC 堅持，無論材料多麼創新，若無法符合 CMOS 產線的製程控制、污染防護標準，以及嚴格的 Vπ 與插入損耗邊界條件，便無法進入商用市場 。

  
  

  • 新興材料視角： Polariton 與九州大學認為，純矽的物理極限已到，必須大膽導入具備 THz 潛力的電漿子與聚合物 。

    
    

  • 折衷霸主： OpenLight 與 Lumentum 則試圖在效能與量產間取得平衡。OpenLight 透過異質整合將 InP 的高效能帶入矽光平台，而 Lumentum 則仰賴 InP 數十年建立的可靠生態系直接迎戰 400G 。

    
    

產業鏈與市場影響

這場討論揭示了光通訊供應鏈即將迎來的板塊挪移。隨著插拔式光模組 (Pluggable Optics) 逐步向 CPO (共封裝光學) 與 LPO (線性驅動光模組) 演進，單純的晶片製造已不足以應付挑戰 。TSMC 的 CoWoS 等 3D 先進封裝技術將成為光電整合的咽喉要道 。同時，如果 OpenLight 等廠商的異質整合良率能持續提升，將對傳統分立式 InP 雷射與調變器供應商產生強大的定價與市佔壓力；而 TFLN 與聚合物材料供應商，則需在未來 12-24 個月內盡快證明其在晶圓級封裝 (WLP) 中的可靠度與壽命 。

Simple Tech Trend 觀點

純矽光子 (SiPh) 在 400 Gb/s per lane 的戰役中將退居「載板」與「被動路由」的角色，主動發光與調變的重責大任正無可避免地轉移至異質材料身上。

在接下來的 12-24 個月中，「矽光子平台 + III-V 族異質整合」（如 OpenLight 展示的路徑）將是最具投資價值的甜蜜點，兼具了 CMOS 的規模經濟與 InP 的頻寬效能。至於電漿子與聚合物，雖然展現了令人驚豔的 100 Gbaud+ 數據，但解決材料氧化與 CMOS 產線污染疑慮，才是他們跨越死亡之谷的真正考驗。400G 單通道時代的贏家，不僅需要懂光學物理，更需要掌握 3D 先進封裝的話語權。