文圖/國際宣傳辦公室
當AI快速發展,全球資料中心持續擴建,運算能力早已不再只是比拚GPU有多快,如何讓龐大的資料在晶片、伺服器與機櫃之間快速流動,正成為下一個關鍵挑戰。
國立陽明交通大學攜手鴻海研究院,成功開發新一代高容量矽光子發射器(Silicon Photonic Transmitter),透過單一量子點梳狀雷射、多波長光訊號與多核心光纖整合,大幅提升資料傳輸效率,為未來AI資料中心與共同封裝光學(Co-Packaged Optics, CPO)提供新的技術方向。研究成果已發表於國際光學期刊《Optics Express》。
從「電子」改成「光」 讓資料跑得更快
近年大型語言模型(LLM)與生成式AI快速發展,一座AI資料中心往往需要數千甚至數萬顆GPU共同運算。然而,GPU愈多,需要交換的資料量也同步暴增。如果資料無法即時送達,再快的運算晶片也必須等待資料傳輸完成,導致整體效能受到限制。因此,全球科技產業近年積極投入矽光子(Silicon Photonics)技術,希望利用光訊號取代部分電訊號,降低高速傳輸造成的能耗、散熱與訊號損失。
傳統晶片之間主要透過銅線傳送電子訊號,就像高速公路上的車流,距離愈長、速度愈快,越容易塞車、耗能,也更容易發熱。矽光子技術則改以光來傳遞資料。由於光可以承載更多資訊,且長距離傳輸時能維持較低的能量損耗,因此被視為下一代AI資料中心的重要核心技術。這次陽明交大與鴻海研究院的研究,便希望利用更少的光源與光纖,傳送更多資料,同時降低系統複雜度。
一顆雷射、一根光纖 打造34.132 Tbit/s高速傳輸
研究團隊最大的突破之一,是採用超寬頻量子點梳狀雷射(Quantum-dot Comb Laser)。一般光學系統若需要多個波長,通常必須配置多顆獨立雷射;此次研究則只利用一顆雷射,便能穩定產生23個不同波長的光訊號。可以把它想像成:一盞燈,同時分出23條不同顏色、彼此互不干擾的高速光通道。如此一來,不僅能減少雷射數量,也能降低光學系統在封裝、散熱與控制上的複雜度。
此外,每個波長皆採用PAM4高速調變技術,每秒可傳輸212 Gbit資料,相較於傳統傳輸方式,可在相同頻寬下承載更多資訊。除了增加波長數量外,研究團隊另一項創新,是採用7核心多核心光纖(Multi-core Fiber)。一般光纖只有一條傳輸路徑,而多核心光纖則像是在同一條光纖內建置多條獨立車道,可讓多組資料同時傳輸。當23個波長再搭配7個光纖核心後,整體系統可同時利用**波長多工(WDM)與空間多工(SDM)**兩種技術,大幅提升傳輸容量。最終,單根光纖總傳輸容量達到34.132 Tbit/s(每秒34.132兆位元)。
研究團隊也完成2公里光纖傳輸測試,證實高速傳輸後仍能維持良好的訊號品質。不過,研究人員也指出,這項成果目前仍屬概念驗證(Proof of Concept),主要目的在於驗證整合架構的可行性,距離商業化應用仍需克服封裝、可靠度及量產等挑戰。
為下一代AI資料中心奠定基礎
除了高速傳輸外,研究團隊也在矽光子晶片中導入特殊高頻電極設計,降低多通道同時運作時的電磁干擾,提升整體訊號穩定性。研究成果未來可望應用於共同封裝光學(CPO)技術,將光學元件更靠近AI晶片與交換器,降低高速電訊號傳輸造成的能耗與延遲。
隨著AI模型持續擴大,資料中心對高速互連技術的需求也將快速增加。此次陽明交大與鴻海研究院共同完成的研究,不僅展現台灣在矽光子與高速光通訊領域的研發實力,也為下一代AI運算基礎建設提供新的技術方向。
本研究由鴻海研究院半導體所所長郭浩中、小組長洪瑜亨、研究員張雲翰,以及陽明交大特聘教授鄒志偉共同完成,並獲國家科學及技術委員會、工業技術研究院及中興大學講座教授鄭木海研究團隊支持。

