之光半導體 CTO 陳昇祐博士於成功大學解析 CPO 技術突破與產業重構

【台灣新竹訊，2025 年 9 月 29 日】隨著 AI 算力需求指數級增長，傳統光模組架構已逼近物理極限。之光半導體（Latitude Design Systems）創辦人暨技術長陳昇祐博士，日前應邀於國立成功大學電機工程學系VLSI/CAD組發表專題演講「AI 浪潮下矽光子技術突破與產業生態重構分析」，剖析光電共封裝（CPO）技術如何重塑數據中心架構，並引領全球供應鏈的變化。

CPO 成為 AI 擴展的物理必然

陳博士指出，AI 工廠級資料中心中，光互連在數量級放大後會成為能耗與成本的核心瓶頸。以數十萬級 GPU 與百萬級收發器為例，若沿用當前可插拔收發器與外掛 DSP 架構，互連層的總功耗會非常可觀；業界正以降低每位元能耗（目標推向單位 pJ/bit）與採用 Co‑Packaged Optics 等架構來減緩此問題。CPO 在理論與初期實驗報告中顯示了顯著的每位元能效改善與系統層級簡化，但任何具體倍數都需明確比較口徑與基準才能下定論。

關鍵技術突破與創新應用

演講中重點介紹了多項重要技術創新。在 MicroLED 技術領域，Microsoft 的 MOSAIC 架構採用「寬而慢」（Wide-and-Slow）設計理念，相對於傳統的「窄而快」方案，透過數百條低速通道並行傳輸，能夠在降低功耗的同時大幅提升可靠性。這種架構創新讓系統功耗從傳統光纖的 30 W/Tbps 降至約 13 W/Tbps，同時將可靠性提升至小於 20 FIT 的極高水準。

Avicena 的 MicroLED 技術展現了突破性指標：能源效率小於 1 pJ/bit、岸線密度大於 1 Tbps/mm，以及工作溫度範圍達 -55°C 至 125°C。這項技術採用 GaN 材料的久經驗證可靠性，為 Scale-Up 網路應用開闢了新的技術路徑，特別適合晶片對晶片和記憶體互連應用。

在光學 I/O 領域，多家廠商正推動晶片級光互連的實用化。Ayar Labs 的 TeraPHY/SuperNova 平台已實現 4 Tbps 雙向頻寬並支援 UCIe 標準，延遲低於 5 奈秒且無需前向糾錯，Intel 的 OCI（Optical Chiplet Interconnect）技術展現了從 4 Tbps 原型到 32 Tbps 藍圖的擴展潛力，而 Marvell 的 3D SiPh 引擎則專注於客製化 XPU 的 Scale-Up 應用，實現傳輸距離比銅纜提升 100 倍的性能。

此外，Nokia Bell Labs 利用 PIC Studio 平台成功開發了全光循環神經網路（ORNN）架構，相較於傳統光子神經網路展現出明顯的性能優勢，這一突破證明了先進設計工具在推動光電子創新應用中的關鍵價值。

這些技術突破正在將光學互連從系統級推向晶片級，實現更高的整合度和性能表現，為 AI 時代的運算架構奠定了堅實的技術基礎。

市場格局與競爭策略

在市場策略分析中，陳博士剖析了兩大主流路線的競爭。NVIDIA 採用垂直整合 AI 系統策略，透過 Spectrum-X 和 Quantum-X 平台建構封閉生態，而 Broadcom 則推動開放乙太網路標準，以 Tomahawk 系列晶片賦能廣泛的網路設備生態。雲端服務商（CSP）的策略也呈現分化，Meta 和 Microsoft 積極推動開放生態，騰訊務實部署，而 Google 和 AWS 則保持戰略性沉默。

供應鏈價值重構與測試挑戰

CPO 時代帶來了供應鏈的重構。傳統的「光模組為中心」模式正轉向「ASIC 為中心」，價值顯著流向掌握核心 IP 的 ASIC 設計廠、擁有先進封裝能力的晶圓代工廠，以及關鍵光電元件供應商。同時，CPO 測試面臨三大挑戰：光學對準的亞微米級精度要求、溫度管理的複雜性，以及高速已知良好晶片（KGD）測試的技術難題。FormFactor、Advantest 等測試廠商正透過自主對準系統和整合式高低溫測試方案來解決這些挑戰。

PIC Studio 平台：賦能產業生態

陳博士展示了之光半導體的 PIC Studio 光電整合設計EDA平台，該平台實現從元件、電路到系統的完整設計流程統一。平台包含 PhotoCAD 佈局設計、pSim Plus 系統級模擬、Advanced SDL 示意圖驅動佈局等關鍵工具，已獲得包括Tower Semiconductor、Silterra 等全球十餘家晶圓廠的認可，協助設計團隊縮短開發週期超過 30%，並降低整體設計成本逾 40%。

市場展望聚焦 NVIDIA Rubin 平台

展望 CPO 市場發展，各大研調機構雖然在時間點預測上存在差異，但都將 NVIDIA Rubin 平台的導入時程視為關鍵轉折點。Morgan Stanley 在基準情境中假設 NVIDIA Rubin 平台於 2026 年量產並導入 CPO，其他廠商 2027 年跟進，預測 2030 年市場規模達 93 億美元。在樂觀情境下，假設 Rubin GPU 出貨量超預期且 CPO 良率顯著提升，市場規模可達 230 億美元。Yole Group 同樣以 AI/LLM 驅動和 NVIDIA 的 CPO 交換器作為里程碑事件，預測年複合增長率達 137%。

技術革命的三大構造板塊轉移

陳博士總結指出，當前正見證技術轉移、市場轉移和價值鏈轉移三大構造板塊的同步變化。技術層面，從增量演進轉向多物理設計平台整合；市場層面，垂直帝國與開放聯邦兩種生態系統激烈競爭；價值鏈層面，利潤正從傳統模組組裝廠向上游的 ASIC 設計廠、先進封裝廠及關鍵元件供應商轉移。在此碎裂化的新供應鏈中，能提供跨領域設計、模擬與測試驗證工具的 EDA 廠商，成為確保生態系統成功的關鍵粘合劑。

這次深度演講為與會的學研人員提供了 CPO 技術發展的全貌視角，從基礎物理原理到產業戰略布局，展現了矽光子技術在 AI 時代的關鍵地位與發展潛力。

 

之光半導體（Latitude Design Systems）簡介

Latitude Design Systems 是一家專注於特殊半導體晶片設計的電子設計自動化（EDA）軟體解決方案供應商。

我們的 EDA 軟體套件旨在透過自動化技術，簡化設計流程並提升設計師的生產力。我們致力於加速客戶在光子積體電路（PIC）、功率積體電路、微機電系統（MEMS）以及超穎透鏡等領域的設計過程，為客戶提供高效且創新的解決方案。

詳情請瀏覽公司網站https://www.latitudeds.com/。