SEMICON2025_Silicon Photonics Summit_Lumentum

前言

隨著 AI 模型持續增長，資料中心的頻寬與能效需求面臨前所未有的壓力。僅僅依靠堆疊更多硬體並不足以解決問題，技術創新才是關鍵。Lumentum 在 SEMICON 2025 矽光子高峰會上，分享了他們在 成本效益（Cost-effective）與能效提升（Power-efficient） 技術上的最新突破。

演講內容涵蓋 光路交換（Optical Circuit Switch）、高功率雷射、高速磷化銦（InP）元件、以及 VCSEL（垂直腔面射型雷射）在 Scale-up 網路中的應用。這些技術的共同目標，就是支撐未來數十萬顆 GPU 的 AI 訓練與推論需求，同時降低能耗。

內容

1. 光路交換（Optical Circuit Switch）

• Lumentum 開發的 光路交換器 以 微機電鏡（MEMS mirrors） 為基礎，支援 300×300 埠配置。

• 主要應用：

  • Spine switch 替代方案

  • 網路冗餘（Redundancy）

  • 故障切換（Failover）

• 優勢：

  • 插入損耗 < 2 dB（所有通道）

  • 反射損耗 < –55 dB

  • 偏振依賴損耗極低

• 節能效果：可在前端網路節省 超過 65% 功耗，特別適合大規模 GPU 集群環境。

2. 高功率雷射（High-power Lasers）

• 與 NVIDIA Spectrum-X CTO switch 合作，推出專為 CPO（Co-Packaged Optics）設計的高功率雷射。

• 技術成果：

  • 單顆輸出 >400 mW

  • 功率轉換效率 >20%

  • 低噪聲、窄線寬，適合頻率敏感的調變器應用。

• 意義：支援將雷射移至面板端（front panel），驅動多個光學引擎，功耗比傳統可插拔模組降低 >40%。

3. 高速磷化銦（InP）元件

• InP 器件因長期量產經驗，仍是高速收發器的首選技術。

• Lumentum 的里程碑：

  • 2000 年推出 40G/25G DML

  • 現已量產 >100G 與 200G DML

  • 在 OFC 2025 發表 400G DML 與 DFB Mach-Zehnder 雷射

• 優勢：提供穩定、高速的 Datacom 連接，特別適合前端網路與 Scale-out 需求。

4. VCSEL 與 Scale-up 網路

• 現有 NVL-72 GPU 機架後端頻寬 7.2 Tbps，未來世代將翻倍至 14.4 Tbps、28.8 Tbps。

• 挑戰：

  • 銅線速度越快，傳輸距離越短。

  • GPU 數量持續擴張，從 72 → 144 → 500+。

  • 功耗隨之飆升，單一機架超過 120 kW。

• Lumentum 的解法：

  • 將 3D 感測技術（Pixel stacking, Face ID 技術延伸） 引入 Scale-up 網路。

  • 採用 長波長 VCSEL，具備：

    • 高溫操作能力（>155 °C）

    • 更佳可靠性（壽命 >100 年）

  • VCSEL 已內建進階封裝能力（2.5D、3D），適合未來高頻寬應用。

總結

Lumentum 在 SEMICON 2025 的演講中，清楚展現了其在 節能與成本效益 上的技術策略：

• 透過 光路交換器 大幅降低前端網路能耗。

• 以 高功率雷射 與 CPO 結合，支援未來超大規模 GPU 叢集。

• 持續深化 磷化銦高速元件 的量產優勢。

• 創新性地將 VCSEL 與 3D 感測技術 導入 AI Scale-up 網路，提升頻寬、溫度耐受與可靠性。

這些技術路線的共同點，是在不斷增長的 AI 運算需求下，兼顧 高效能（Performance） 與 高能效（Power Efficiency），同時考慮 成本（Cost） 與 可靠性（Reliability），為下一代資料中心打造真正可持續的基礎建設。