CPO 為什麼受到 AI 行業關注？Lumentum 如何布局下一代光互連技術

Lumentum 是一家專注於光通信與光子技術的領導企業，核心業務涵蓋雷射器、光學元件與高速通信解決方案。隨著 AI 基礎設施的迅速發展，該公司憑藉其在光器件領域的深厚技術積累，積極參與 CPO、矽光及高速光互連產業鏈，為新一代資料中心連接提供關鍵組件。

CPO 的發展不僅關係到 AI 晶片效能的全面釋放，更將直接影響未來資料中心網路架構。隨著 800G、1.6T 光通信需求不斷攀升，以及 AI 叢集規模的持續擴大，光互連技術正由輔助性連接方案，轉型為 AI 基礎設施不可或缺的核心組成。

什麼是 CPO（Co-Packaged Optics）

CPO（Co-Packaged Optics，共封裝光學）是一項將光學元件與核心晶片共同封裝於同一系統的先進互連技術，目的是縮短晶片與光模組間的資料傳輸距離，進而提升高速通信效率。傳統資料中心網路多採用獨立光模組架構，伺服器或交換器內部晶片負責資料處理，光模組則位於設備外部，透過電介面連接晶片，並完成電信號與光信號的轉換。

這種架構在過去數十年推動了網際網路和雲端運算的發展，但隨著 AI 資料中心規模急速擴大，傳統模式已逐漸面臨新挑戰。

AI 訓練任務需大量 GPU 協同運作，GPU 叢集間的資料交換量遠超傳統應用。為支援大型 AI 模型訓練，資料中心需部署更多高速交換晶片及網路連接設備。然而，隨著傳輸速率不斷提升，晶片與光模組間的高速電連接會帶來更高的損耗與功耗。特別是在 800G、1.6T 等高速通信階段，傳統架構面臨訊號衰減、散熱壓力增加及能源效率降低等問題。

CPO 的核心理念在於徹底改變連接方式。透過將光引擎直接配置於交換晶片附近，CPO 能顯著縮短高速電信號傳輸路徑，降低訊號損失，同時減少系統功耗，成為未來 AI 資料中心網路升級的關鍵技術方向。

目前，包括大型晶片企業、網路設備廠商及光通信企業，皆積極投入 CPO 技術研發。

CPO 與傳統光模組的主要差異

CPO 與傳統光模組最大的區別，在於光學元件與晶片間的連接方式。

傳統光模組架構：晶片 → 電介面 → 光模組 → 光纖

CPO 架構：晶片 + 光引擎 → 光纖連接

在傳統方案中，晶片產生的資料需先轉換為高速電信號，再傳輸至外部光模組進行光電轉換。隨著速率提升，這段電傳輸距離逐漸成為效能瓶頸。CPO 透過將光學部分靠近晶片，大幅提升訊號轉換效率。

兩者主要差異體現在：

1. 功耗：AI 資料中心的主要成本之一就是能源消耗。隨 GPU 數量增加，網路設備功耗亦快速上升。CPO 能縮短高速電連接距離，有效降低通信過程中的能源損耗。

2. 頻寬能力：未來 AI 叢集需支援極高速的資料交換。傳統光模組雖持續升級，但速率提升會導致系統複雜度加劇。CPO 架構則更適合高頻寬場景。

3. 系統設計：傳統光模組具高度模組化，便於維護與替換；CPO 則強調晶片、封裝與光學系統的協同設計，對製造能力提出更高要求。

因此，CPO 並非單純取代傳統光模組，而是在 AI 高效能運算場景中，開創全新技術路徑。

AI 晶片為何推動 CPO 技術發展

AI 晶片效能的飛躍，是 CPO 技術受到高度關注的主因。近年來，AI 加速晶片持續提升運算能力，單一 GPU 或 AI 晶片所處理的資料量也大幅成長。為發揮晶片最大效能，必須以高速網路連接多個運算節點。

在大型 AI 資料中心，運算任務往往由數千顆 GPU 叢集協同完成。例如訓練大型語言模型時，需同時交換模型參數與運算結果。

這意味著網路連接能力必須同步升級。若網路速度不足，即使 GPU 運算能力強大，亦可能因資料傳輸延遲而降低利用率。傳統電子連接方式在高速階段面臨的挑戰日益明顯：

• 高速訊號可傳輸距離縮短

• 功耗持續上升

• 散熱壓力加劇

因此，AI 產業積極尋找新型互連方案。CPO 的價值在於協助資料中心突破傳統連接瓶頸，實現高速晶片間更高效的資料交換。

隨著 AI 推論應用的增加，資料中心不僅需訓練大型模型，亦需即時處理大量用戶請求，對低延遲、高頻寬網路的需求將更為迫切。

Lumentum 如何布局新一代光互連方案

Lumentum（LITE）為全球光通信與雷射技術領導企業，核心優勢聚焦於光子元件、雷射器及高速通信組件。在 CPO 產業鏈中，Lumentum 並不直接製造 AI 晶片，而是提供實現高速光連接所需的關鍵光學元件。

儘管 CPO 架構縮短了晶片與光模組的距離，但仍需高效能光源、光引擎及先進光學元件的支援。

其中，雷射器是影響光通信效能的核心。高速 AI 網路需穩定且高速調變的光信號，而雷射器決定了訊號品質、傳輸速度與系統可靠性。Lumentum 長期深耕光子技術，具備參與高速光互連市場的堅實基礎。

隨著 AI 資料中心持續升級，市場對以下產品需求持續攀升：

• 高速雷射器

• 光學晶片元件

• 矽光相關元件

• 高速通信解決方案

這些領域皆與 Lumentum 的技術重點高度契合。未來，隨著 CPO 商業化推進，光器件供應商的重要性將持續提升。無論資料中心架構如何演進，高效能光學元件始終是實現高速連接的關鍵。

矽光與 CPO 的協同發展

矽光技術是推動 CPO 發展的基石之一。簡單來說，矽光（Silicon Photonics）是運用成熟半導體製程，將光學元件整合至矽基晶片平台的技術。

傳統光通信多依賴獨立光學元件，矽光技術則希望以半導體製造模式，實現更高整合度，降低成本並提升效能。

CPO 與矽光技術高度協同。

CPO 著重於晶片與光學系統的緊密連接，矽光則致力於將更多光學功能整合至晶片平台。兩者結合，有助進一步提升資料中心網路的傳輸效率。

對 AI 資料中心而言，這種結合具備關鍵意義。

隨 AI 晶片效能提升，資料傳輸速率亦需同步升級。若仍依賴大量獨立光模組，不僅系統複雜度提高，功耗也會顯著增加。

矽光技術可縮小光學元件尺寸，提升製造效率；CPO 則能縮短晶片與光學模組的距離，兩者共同推動新一代高速互連架構發展。

目前，全球多家半導體與光通信企業均積極推進矽光與 CPO 技術的研究。

Lumentum 在此領域具備深厚技術基礎。公司長期專注雷射器與光子元件研發，光源、調變器及光學元件正是矽光與 CPO 系統的核心組成。

未來，隨 CPO 從實驗驗證邁向大規模部署，擁有光子技術積累的企業將掌握更多產業機遇。

Lumentum、Broadcom、Marvell 在 CPO 領域的差異

CPO 作為 AI 基礎設施發展重點，吸引眾多產業鏈企業佈局。Lumentum、Broadcom 與 Marvell 在技術定位上有顯著區別。

Lumentum 以光通信元件供應商為核心定位。

公司優勢集中於雷射器、光學元件及光子技術領域。在 CPO 架構中，Lumentum 著重於光源與光學部分，為高速資料傳輸提供基礎元件。

Broadcom Inc. 則聚焦於系統級基礎設施。

Broadcom 在資料中心交換晶片領域居於領先地位，同時佈局網路 ASIC、連接晶片及 AI 基礎設施方案。在 CPO 領域，其優勢來自晶片與網路系統能力。

例如，AI 資料中心需高速交換晶片管理大量 GPU 間的資料流，Broadcom 能提供完整網路處理方案。

Marvell Technology, Inc. 則專注於資料中心連接、網路晶片及光電轉換技術。

Marvell 在高速互連領域佈局深厚，涵蓋資料中心網路、儲存連接及光通信晶片解決方案。

簡要來說：

• Lumentum 偏重光學元件及雷射技術

• Broadcom 偏重網路晶片及系統平台

• Marvell 偏重連接晶片及資料基礎設施

CPO 商業化需仰賴晶片、封裝、光學元件、網路設備等多環節協同推動，非單一企業能獨力完成。

CPO 商業化面臨的挑戰

雖然 CPO 被視為新一代 AI 光互連的關鍵技術，但距離大規模應用仍面臨多重挑戰。

製造複雜度高。傳統光模組高度模組化，元件出現問題時可單獨更換；CPO 則將光學部分與晶片高度整合，製造與維護難度大幅提升。

這要求企業具備成熟的封裝技術、測試能力及供應鏈協同能力。

產業標準尚未統一。資料中心生態涵蓋晶片廠商、伺服器製造商、網路設備企業及雲端運算公司，各方對 CPO 架構、介面標準與應用方式仍存差異。

產業鏈唯有建立統一標準，CPO 才易於規模化推廣。

成本問題待解決。CPO 雖有助於降低長期營運功耗，但初期研發與製造成本較高。對大型雲端企業而言，技術優勢需與投資報酬率相符。

若 CPO 設備成本下降速度有限，傳統光模組仍可能於部分市場持續存在。

此外，散熱與可靠性亦是重要課題。AI 資料中心設備密度持續提升，晶片與光學元件距離縮短後，如何確保長期穩定運作，需全新工程解決方案。

因此，CPO 發展屬於逐步演進過程，並非單純取代現有技術。

新一代 AI 光互連技術的發展趨勢

未來 AI 光互連技術將聚焦於更高速率、更低功耗與更高整合度三大方向：

1. 高速率升級。資料中心正由 400G 向 800G 光通信升級，未來隨 AI 叢集規模擴大，1.6T 甚至更高速率的光互連方案將成為新目標。高速率需求將推動雷射器、光晶片和封裝技術持續創新。

2. CPO 大規模應用。CPO 目前處於產業發展初期，隨 AI 晶片功耗攀升及網路壓力增加，其價值不斷提升。未來 CPO 有望率先應用於超大規模 AI 資料中心，並逐步拓展至其他高效能運算場景。

3. 光運算與先進光子技術。隨 AI 模型複雜度提升，傳統電子運算架構將面臨更多瓶頸。未來光運算、矽光及先進光子系統有望成為運算基礎設施的重要補充。對 Lumentum 而言，長期機會來自整體光通信產業升級。

AI 的持續發展不僅推升 GPU 需求，同時帶動網路連接、資料傳輸與基礎設施技術同步升級。光互連正成為 AI 生態系中不可忽視的關鍵環節。

總結

CPO（Co-Packaged Optics，共封裝光學）正逐步成為 AI 資料中心新一代高速互連技術的主流方向。隨 AI 模型規模擴大，大型 GPU 叢集對於更高頻寬、更低延遲的資料連接需求日益殷切，傳統光模組架構逐步暴露功耗與效能瓶頸。CPO 透過將光學元件與晶片緊密結合，縮短高速訊號傳輸距離，顯著提升網路效率。矽光技術的發展則進一步推動光學系統整合，為高速 AI 網路奠定技術基礎。

Lumentum（LITE）作為光通信與雷射技術領導者，在 CPO 產業鏈中扮演光器件與雷射元件供應的關鍵角色。相較於 Broadcom 的網路晶片優勢與 Marvell 的連接晶片佈局，Lumentum 更專注於光子技術領域。

然而，CPO 商業化仍需克服製造複雜度、成本、標準統一與可靠性等多重挑戰。隨著 AI 資料中心持續擴張，高速光互連的重要性將日益提升。

從產業趨勢觀察，AI 競爭已由單純運算能力競爭，延伸至資料傳輸能力的較量。CPO、矽光與高速光通信技術將成為新一代 AI 基礎設施的關鍵支柱，Lumentum 等光通信企業亦將在技術演進中發揮舉足輕重的作用。