光循科技開發低損耗及高頻寬密度的先進二維陣列面射型光耦合技術(2D Array Vertical Coupling Technology)打造新世代光子互連平台。
光循科技營運長方彥翔(圖1)表示，針對CPO架構在AI資料中心內的短距垂直擴展(Scale-up)與長距水平擴充(Scale-out)之應用情境，推出兩項創新技術方案，包括：Micro-LED陣列式高速光通訊模組、以及搭配CW Laser與高速光波導調變器的光子積體電路(Photonic Integrated Circuit,PIC)光耦合平台；兩項方案皆具備高頻寬、低功耗及可規模化量產等特性，並整合跨領域生態系合作，布局下一代矽光子傳輸。
CPO量產 技術挑戰紛至沓來
方彥翔指出，當前CPO在實現高速傳輸與大規模量產時，主要遭遇以下四大核心挑戰。
傳統晶片多採用邊緣耦光(Edge Coupling)或單排光柵(Grating Coupling)方式。在晶片邊緣有限的空間內，一排最多僅能容納16至32個通道。若要大幅增加傳輸頻寬，便遭遇相當大的困難。
光纖陣列(Fiber Array Unit, FAU)出光後進入晶片前，耦光的精準度直接決定了訊號品質與良率。傳統斜角切割與斜向進光在封裝研磨上工序極為繁瑣，且光功率損耗(Loss)通常高達3dB以上。當通道密度大幅提高時，誤差容許值極低，導致組裝與測試良率陡降。
資料中心最嚴峻的挑戰之一是功耗與發熱。為追求單一通道的高傳輸速率，必須耗費大量電能，同時也會產生熱能，進而限制了晶片與機櫃的整體效能。
傳統光元件廠商邊緣化風險
在CPO架構下，台積電等半導體製造龍頭與先進封裝廠將核心的光電整合元件直接整合進晶圓製程。導致傳統可插拔光模組中下游光通訊模組廠、光感測器廠及驅動IC廠面臨被邊緣化的威脅，產業亟需能升級既有板卡與模組的過渡性及創新方案。
高密度耦光架構CPO瓶頸迎刃解
針對上述產業困境，光循科技從設計源頭著手：
2D垂直耦光(2D Vertical Coupling)擴展120通道
相較於業界僅能在晶片邊緣做單排耦光，方彥翔強調，光循科技發展2D垂直出光/進光架構。多排化陣列將單排24個通道垂直疊加，最多可以擴展到五排，將單一晶片的通道數大幅拉升至120通道。透過垂直90度進出光設計，無需繁瑣的斜角研磨製程，大幅簡化FAU封裝複雜度，並將光損耗控制在3dB以下。
聯手高明鐵(GMT)打造50奈米級主動對位平台
耦光要精準，設備是關鍵。光循科技與高明鐵深度合作，結合六軸平台與主動對位演算法，成功發展適用於120通道FAU PIC的奈米級自動化對位平台。其重複定位精度達到±50奈米(nm)以內，成功解決了高密度光纖組裝與CPO封裝時對位困難、良率低下的核心問題。
微型化調變器換取低功耗
光循科技將調變器(Modulator)尺寸縮小至傳統設計的五分之一。傳統做法是少數通道開跑車(高速高功耗)，光循則採用多通道開慢車(單一通道低速率、低功耗)。透過更多通道與微型化晶片，以總頻寬換取整體系統的高速率。如此一來，既能達到相同甚至更高的傳輸總頻寬，如6.4T、12.8T，又能大幅降低發熱與功耗，滿足機櫃的耗電與散熱需求。
高靈敏度感應器(PD)與多元光源布局
光循科技的光電探測器(PD)設計，靈敏度遠超傳統元件。在相同訊號下，光循的PD解決方案傳輸距離可比傳統元件多10公尺，大幅拓展機櫃間與資料中心的布線彈性。
| 應用架構 | 傳輸距離與場景 | 核心光源技術 | 商業布局與時程預測 |
|---|---|---|---|
| Scale-out | 機櫃外/長距離(>10m至數 公里) | 磷化銦(InP)雷射 (1,310nm波長) | 最快商轉(2025～2027年)：光循推出微型化調變器與2D耦合器 改良版，預計2027~2028年邁入量產 |
| Scale-up | 機櫃內/板卡間(數米至 10m內) | Micro VCSEL /Micro LED | 中期爆發(2028年前後)：結合金致達(Micro VCSEL)等夥伴，免除 DSP設計，主打低成本與低功耗 |
| Scale-in | 板卡內/晶片對晶片(Chip- to-Chip) | Micro LED/矽光子 整合 | 長期願景(2030年)：最貼近GPU/HBM等核心元件，難度最 高、容錯率低，預計2030年成熟 |
Scale-out/Scale-up/Scale-in部署時程
從部署時程來看，方彥翔認為光互連仍會逐步往運算晶片核心靠近，首先是位於資料中心機櫃與交換器之間的Scale-out，下一階段才是機櫃內更短距離的Scale-up，真正進入封裝內部或極靠近GPU的Scale-in則最困難。因為光學元件愈靠近高功耗運算元件，尺寸、熱可靠度及故障容忍度的要求就愈嚴苛。矽光子與光互連在不同應用場景(距離)下的技術演進與商轉時程，如(表1)。
依光循現階段規畫，Scale-out仍是較快進入市場的方向，Scale-up技術則預期在2028年前後進一步成熟；後者不只是現有架構單純縮小，光源、光纖、光偵測器甚至整個驅動與接收架構都可能重新設計。
從這個角度觀察，CPO真正的產業轉折點，恐怕不只是交換器業者宣布推出多少Tbps的產品，更在於能否把高密度光I/O變成可重複製造、可控制良率、功耗合理且供應鏈能共同量產的工程能力。這也是光循試圖建立差異化的位置：不與大型晶圓代工或交換器晶片商競逐完整CPO平台，而是鎖定其中最難被封裝製程直接取代的光如何進出晶片環節。
建構台灣矽光子產業生態鏈
光循科技定位為純粹的矽光子IC設計公司，不自力投入昂貴的資本支出建造晶圓廠，而是將製造與封裝交由國內的面板廠、半導體封測廠及FAU專業製造商協同量產。
方彥翔強調，光循科技的目標不僅是解決CPO的出光與進光問題，更希望透過改良版的晶片設計，讓傳統光通訊模組與元件廠商也能順利對接1.6T/3.2T世代，避免在CPO浪潮中被邊緣化。而隨著AI算力基礎設施規模與技術持續發展，光循科技憑藉獨特的2D垂直耦光技術、±50nm奈米級對位精度及低功耗架構，已提前布局未來三~五年的矽光子關鍵技術。