OFC 2026 - 800G CPO 核心技術突破:1060-nm 單模 VCSEL 實現 2km 傳輸與 4.1 pJ/bit 極致能效 - 古河電工 (Furukawa Electric)
- 3月23日
- 讀畢需時 3 分鐘
在 AI 與機器學習 (AI/ML) 算力需求爆炸的背景下,傳統封裝式收發器 (Pluggable Transceivers) 的功耗與傳輸密度已面臨物理瓶頸。於 OFC 2026 會議中,古河電工 (Furukawa Electric) 展示了其在共同封裝光學 (CPO) 領域的最新進展:53-Gbaud × 8 通道 1060-nm 單模 VCSEL 解決方案 。
此技術不僅解決了高密度互連的空間限制,更透過單模雷射技術將 VCSEL 的傳輸距離推升至 2 公里,成功覆蓋數據中心內部 (Intra-datacenter) 的全範圍需求 。
核心技術解析:從多芯纖維 (MCF) 轉向標準化生態系統
古河電工此次的研究重點在於商業化可行性。相較於先前開發的 16 通道 1.6-Tb/s 方案(需依賴 19 芯多芯纖維 MCF,標準化門檻高),本次發布的 8 通道方案展現了更成熟的產業整合力:
標準化介面:採用標準的 MT Ferrule 與商業化 980-nm 單模纖維 (SMF),大幅提升了互操作性與成本優勢 。
超小型封裝:模組尺寸僅為 7.7 mm × 15.9 mm × 7.95 mm 。
無時鐘數據恢復 (CDR-less) 設計:透過縮短 GPU/ASIC 與 CPO 轉接板之間的電氣傳輸線,移除功耗密集的 CDR 晶片,實現低延遲與高能效 。
1060-nm 單模頂射式 VCSEL 的物理創新
為了在 VCSEL 架構下達成單模操作與高頻寬,古河電工在元件設計上引入了關鍵技術:
金屬孔徑 (Metal-aperture):利用環形 p 型電極形成的孔徑,限制橫模 (Transverse mode) 以確保單模操作 。
頻寬增強:3-dB 頻寬成功突破 26.5 GHz,足以支持 53-Gbaud 的訊號運作 。
光學耦合系統:採用兩組單模微透鏡陣列 (Microlens arrays),將耦合損耗控制在 <2 dB(位移公差為 +/- 1 um),這對於長距離傳輸所需的鏈路預算至關重要 。
關鍵性能指標與測試數據
本次實驗針對 53-Gb/s NRZ 與 106-Gb/s PAM4 訊號進行了全面測試,結果證明 1060-nm VCSEL 具備取代傳統矽光 (SiPh) 方案的潛力:
指標 | 實驗數值 | 產業意義 |
總傳輸速率 | 800 Gb/s (106-Gb/s PAM4 × 8) | 滿足當前主流 GPU 互連頻寬需求。 |
傳輸距離 | 2 km980-nm SMF) | 突破 VCSEL 僅限短距 (SR) 的刻板印象,達成全鏈路覆蓋。 |
鏈路功耗 (Link Energy) | 4.1 pJ/bit | 遠低於傳統插拔式模組的 ~20 pJ/bit 。 |
邊模抑制比 (SMSR) | 40 dB | 高光譜純度確保了長距離傳輸的訊號品質。 |
訊號品質表現
53-Gb/s NRZ:在 2km 傳輸下,BER 優於 1E-12 。
106-Gb/s PAM4:在 8 通道同時運作下,2km 傳輸後的 BER 為 9E-6,穩定低於 KP4-FEC 門檻 。
產業鏈與市場影響
古河電工的這項成果對數據中心供應鏈具有深遠影響:
VCSEL 供應商 (如 Broadcom, II-VI):VCSEL 技術從多模 (MM) 向單模 (SM) 的轉型,將使其在 CPO 市場中與矽光子 (SiPh) 展開直接競爭。
封裝測試廠:CPO 的 0.3-mm-pitch LGA 介面與有機無芯增層基板 (Organic core-less building-up substrate) 的應用,要求更精密的光電整合封裝能力 。
交換器與伺服器架構:低功耗特性能顯著緩解 AI 算力中心對散熱系統的壓力,預計將加速 CPO 在下一代 1.6T 甚至 3.2T 交換器中的滲透率。
Simple Tech Trend 觀點
STT 主編評論:長期以來,VCSEL 被視為僅限於 100 公尺內的廉價方案,而 2 公里以上的長距傳輸則是矽光子或 EML 雷射的天下。古河電工透過 1060-nm 單模技術 打破了這一界限。
能效優勢是王道:4.1 pJ/bit 的數據極具競爭力。對於 AI 叢集而言,節省的每一毫瓦功耗都直接轉化為更低的 TCO (總體擁有成本)。
向 1.6T 演進的路徑明確:講者在 Q&A 中提到,未來將朝向 100-Gbaud (200G/通道) 邁進 。這意味著在不增加光學介面複雜度的情況下,1.6T CPO 模組已近在咫尺。
生態系統兼容性是亮點:放棄昂貴的多芯纖維 (MCF) 而選擇標準 SMF 是一項精確的策略決策,這讓古河電工的方案更容易被現有的數據中心基礎設施接納。
我們預計在未來的 12-24 個月內,單模 VCSEL 將成為 CPO 領域中,除了矽光子之外最強有力的技術分枝,特別是在對成本與功耗極度敏感的 Back-end Interconnect 場景中。























留言