OFC 2026 - Scaling the Optical Future: 光通訊如何定義 AI 算力底層架構 - Coherent
- 3月18日
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在 OFC 2026 的開幕主題演講中，Coherent 首席技術長 Julie Sheridan Eng 博士為全球光通訊產業定下了明確的基調：光學技術已從幕後走向台前，正式成為 AI 資料中心架構的核心考量指標 。隨著 AI 算力需求以每年 4.5 倍的速度增長，傳統的摩爾定律（每兩年 2 倍）已難以彌補性能缺口，系統擴展的重心已全面轉向並行架構與光互連技術 。
1. 發展基石
核心內容：演講破題指出「光子學是基礎」。Ng 博士將光學演進分為四個時代：80-90 年代的遠程電信、00 年代的企業資料中心、10 年代的超大規模資料中心，以及現在的 AI 資料中心時代 。
關鍵趨勢：光學技術已從單純的傳輸基礎設施，演變為運算架構（Compute Fabric）的一部分 。
2. 過去 20 年的縮放奇蹟
核心數據：光互連在三個維度實現了同步提升：
帶寬密度：提升了 150 倍（Gb/s/mm²）。
能效：每比特能耗降低了 40 倍（pJ/bit）。
帶寬成本：每 Gb 價格降低了 60 倍
3. 縮放速度與時間壓力
10G 模組：當年需 15 年才達到年出貨 1000 萬顆 。
1.6T 模組：預計僅需 4 年 即可達到同等規模 。這對供應鏈的量產彈性提出了極大挑戰。
4. 算力供需缺口
深度分析：訓練大語言模型（LLM）的算力需求每年增長 4.5 倍 ，而摩爾定律僅能每兩年提供 2 倍性能 。
產業影響：由於單晶片性能趕不上需求，系統轉向並行架構，互連帶寬因此成為性能瓶頸 。
5. AI 資料中心的三大域
定義區分：
Scale Up：處理器/加速器之間的互連，目前以銅纜為主，正轉向 CPO（共封裝光學）。
Scale Out：節點之間的聯網，距離從 10m 到 10km，插拔式模組仍是主流 。
Scale Across：資料中心間的互連（DCI）。
6. 插拔式模組的演進
技術路徑 ：三種光源技術並行：
VCSEL：高產量、低能效，主打 30m 短距多模光纖 。
矽光子 (SiPh)：具備優異的整合縮放潛力，適用 500m-2km 。
InP EML：電光性能最強，支撐 10km 長距 。
單波 400G ：技術上已可行，但無補償的傳輸距離限制在 500m-1.5km 。
高密度封裝 ：100G 模組從 CFP 演進到 QSFP28 實現了 8 倍密度提升 。新推出的 XPO 已能支援 12.8T 帶寬 。
7. 銅纜的物理極限
技術數據：當單通道速率達到 200G 時，無源銅纜的傳輸距離僅剩 1 公尺 。這意味著在機架內部，光學技術已變得不可或缺 。
8. 共封裝光學 CPO 深度解析
核心理念：CPO 是將光引擎從前方面板移至 ASIC（交換機或 XPU）附近的「架構重劃」。
優缺點：雖然提升了帶寬密度與能效，但也降低了系統靈活性與維修性 。
兩大路線 ：
Fast and Narrow：通道少、速率高，需高效能 SerDes，但光纖管理簡單 。
Slow and Wide：通道多、速率低，避開高功耗 SerDes，但封裝極其複雜 。
9. 光開關 OCS
回歸原因：AI 訓練流量大且預測性強。OCS 透過「軟體定義」直接在物理層重構拓撲，減少數據包處理，提高加速器（XPU）的利用率與系統可用性 。
10. 散熱與傳輸層挑戰
散熱壓力 ：加速器功耗已破 1kW，液冷成為主流 。Coherent 正開發鑽石與碳化矽 (SiC) 材料來應對極限熱挑戰 。
傳輸瓶頸 ：單純提高頻譜效率的邊際效益已遞減（香農極限）。產業正轉向擴展頻譜（C+L 波段）與增加空間並行（多軌放大 sub-system）。
11. 結語
演講總結：物理極限正在收緊，AI 縮放的需求卻在加劇。未來的系統縮放將高度依賴光學技術的持續創新 。
Simple Tech Trend 觀點
光電共封裝 (CPO) 的現實考量：Coherent明確指出 CPO 與插拔式模組並非競爭關係，而是互補。在靈活性至上的 Scale-out 領域，插拔式模組仍將統治戰場；但在追求極致能效的 Scale-up 領域，CPO 是唯一的出路。
矽光子 (SiPh) 的卡位戰：Coherent 展示的 6.4T 矽光子 CPO 引擎，帶寬密度達 15 Gb/s/mm² 。這預示著未來兩年內，具備矽光子整合能力的廠商將掌握 AI 資料中心的主導權。
熱管理成為隱形戰場：隨著 XPU 功耗失控，散熱材料的研發（如鑽石陶瓷）將從原本的邊緣領域進入光互連的核心討論，這將是材料商的新機會。
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