隨著 AI 與雲端流量持續攀升，在2020年至2024年間，數據中心之間的頻寬採購量成長了 330%。到 2025 年，營運商已經跨越 400G，以800G 成為主流，並開始試點推進到 1.6T、224 Gb/s PAM4 鏈路。然而，供應仍落後於需求。2024 年初，北美主要市場的機房空置率僅 2.8%。交換機的特定應用積體電路（ASIC，亦稱客製化晶片）目前整合了高頻寬記憶體（HBM），並將網路結構（fabric）延伸至 60 英里，以滿足 AI 叢集的需求。在整個核心系統中，一切依然取決於光收發器，它能將太位元（terabit）等級的電訊號，以更低的能耗轉換為低損耗的光子。

高速光收發模組的技術基礎

單一通道（lane）的傳輸速率可達 100 至 200 Gb/s，同時透過提高符號率並疊加新技術來提升效能。PAM4以每符號編碼兩個位元，使傳輸速率翻倍。然而這會縮小訊號的「眼圖（eye diagram )」，因此需要低雜訊驅動器與 DSP數位訊號處理 均衡器來補償。相干光學技術則透過振幅、相位與雙偏振來傳輸訊號，讓 DSP 在光纖末端能有效解開色散問題。矽光子（Silicon Photonics）技術將雷射、調變器與偵測器整合在 CMOS 晶圓上，不僅降低功耗與體積，亦使得高密度的共封裝設計成為可能。這些技術為光收發模組的演進路徑奠定基礎，使其能向 800G、1.6T，甚至更高容量、高埠數傳輸的標準光纖應用。

800G 崛起，400G 持續部署

部署與應用案例

超大規模雲端服務商如AWS、Azure、Google、Meta是可插拔式光模組的最大使用者。這些超級數據中心仰賴都會區與長途光纖網路，照些網路需要頻寬升級與向下相容硬體。隨著流量每年以超過 30%的速度成長，營運商同時部署400G與800G光收發模組於葉脊式（leaf-spine）與脊核式（spine-cor）架構。ZR與ZR+可擴展至資料中心之間的點對點連結，而 DR4、FR4、AOC則提供更多彈性網路建置的選項。綜合而言，400G 與 800G 已成為新機櫃的標準選擇。

光收發模組規格：QSFP-DD 與 OSFP

QSFP-DD 保持既有 QSFP 外觀，在交換器上實現高埠數密度。前的 QSFP-DD 模組功耗至少 12 瓦，而 DD800 世代的設計目標功耗更高達 25 瓦，對散熱能力帶來巨大壓力。OSFP 的尺寸稍大，並內建散熱片，這使得它能在約 15 瓦的功耗下能不降訴的運作。兩者皆支援 8 × 50G PAM4 通道，而 DR4 與 FR4 可提供 4 × 100G通道。常見選擇還包括 LR4 與 SR8 光模組。

為什麼產業轉向 800G AI 叢集和邊緣網路（edge fabrics）的流量，已足以讓 400G 的上行鏈路達到飽和。此外，隨著傳輸速度達到 50G 通道，銅纜的訊號損耗也隨之增加，同時較高的功耗更會壓縮機櫃內部的散熱空間。早期的 800G 可插拔式光收發器，能分解成兩個 400G 通道，以方便用戶過渡升級。隨著 100G 通道交換器晶片與 IEEE 802.3df 規範逐漸成熟，新一代的光收發器必須在功耗限制內，達到 800G 的傳輸速率。

典型應用

AI 訓練叢集非常需要高頻寬傳輸。單一 64 x 800G 交換機能夠為多個 GPU 建立一個無阻塞的網路架構。邊緣與核心路由器也常將兩個 800G 連接埠配對，為脊幹層（spine layers）提供便捷的 1.6T 上行鏈路。此外，乙太網路記憶體池（Ethernet memory-pooling）專案，則透過 800G 鏈路來傳輸 DRAM，以滿足推論伺服器（inference servers）的需求。

部署挑戰

大多數可插拔式光收發器的功耗在 16 至 18 瓦之間，這對交換器面板的電力預算和氣流散熱都帶來壓力。在高密度的機箱中，溫差（delta-T）會更高，因此設計師會增加散熱片或採用液體冷卻來保護雷射的穩定運作。由於混合使用基於 DSP 和線性可插拔式光收發器時，互通性依然是個難題，這也是為什麼營運商會仰賴 CMIS 管理層和 MSA 合規性測試的原因。

外型規格

QSFP-DD800 維持了經典的 18.35 毫米寬度，讓交換器能重複使用 QSFP 的插槽，同時將通道數量增加一倍。OSFP 800G 則有 22.6 毫米的寬度，並透過較高的頂部散熱片來散熱，這為它帶來更多的散熱空間。這兩種外型外殼都能容納光收發器的電子元件，同時不改變現有的光纖接腳配置，因此營運商可以隨著需求增長來混搭使用。

1.6T 光收發模組：網路基礎設施的未來

CPO 與矽光子整合

共封裝光學（Co-Packaged Optics, CPO）技術將矽光子晶片直接靠近交換 ASIC，這有助於降低晶片和光學元件之間的電氣瓶頸。矽光子整合則將調變器、雷射和 DSP 整合在同一個平台上。總體而言，這些技術為 1.6T 光收發模組實現了高密度、低延遲的傳輸鏈路。

標準化進展

IEEE 802.3df 正在定義 200G 與 400G 通道，它們將彙整成 一個1.6T 乙太網埠。進行中的 802.3dj 草案進一步增加傳輸距離與訊號等級。OIF 的 CEI-224G 專案則鎖定抖動遮罩和測試程序，以確保來自不同供應商的 224G SerDes（串列解串器）能夠互通操作。業界正根據這些草案，使用工具對全速率埠進行測試，以幫助供應商達成這個不斷變動的目標。

應用場景

擁有數萬個 GPU 的 AI 訓練叢集渴望 100 Tb/s 的網路架構，這就是雲端建置商正在對 1.6T 模組進行取樣測試的原因。在這樣的「AI 工廠」中，採用 CPO 的交換機埠可以降低網路的功耗。

超大規模業者也正在考慮將 1.6T 可插拔式光收發器用於都會區的 資料中心互連（DCI）。至於邊緣站點，則可以將四個 400G 上行鏈路整合到一個光收發器中，以簡化邊緣到核心流量的光纖管理。

技術瓶頸

在 224 Gb/s 的速度下，等化（equalization）、抖動控制和低損耗基板（laminates）主導了訊號完整性的預算。CPO 封裝將 ASIC、光子晶粒和雷射堆疊在一起，造成散熱環境非常緊湊，且光纖對準極為困難。

多晶粒的良率損失使模組成本居高不下，且每個先進封裝目前都像是一個客製化專案。額外的 FEC 區塊和重定時器（retimers）會消耗電力，因此設計師必須在增加傳輸距離和 IEEE 研究設定的能源預算之間取得平衡。

3.2T 光收發器：下一代技術前沿

超越1.6 T的新興技術

研究人員正致力於突破 1.6 Tb/s 光收發器的限制。其中一條路徑是利用新型調變器（如薄膜鈮酸鋰或量子限制史塔克效應 EAM），結合矽光子平台。將電光頻寬推向 100 GHz 以上。

矽光子與共封裝光學（CPO）

OIF 的 3.2 Tb/s CPO 規範已將雷射與交換機 ASIC 緊密結合的趨勢正式化，該規範詳細制定了適用於手掌大小模組的熱學、光學和電氣標準。部分平台已展示將 1.6T 和 3.2T 矽光子引擎直接焊接到基板上，以取代可插拔式光收發器。整合商認為，相較於 OSFP-XD，CPO 可以減少面板 I/O 並降低每位元的功耗。

3.2T 的應用定位

下一代光收發器設計旨在支援 AI 叢集和雲端超大規模網路架構的龐大資料需求。目前 AI 加速器可能需要每個 GPU 搭配兩個 800G 連接埠，這進一步推動了對 1.6T 或 3.2T 互連的迫切需求。全球超大規模資料中心和未來的 5G/6G 回傳網路都需要更高的密度和低延遲鏈路，因此這類收發器是關鍵的促成技術。

大眾控光收發模組賦能次世代網路

應用場景

園區主幹網路多採 400/800G SR-/FR-class 鏈路；都會區網路關注 800G–1.6T 相干可插拔式光收發模組；長途傳輸網路轉向 800G ZR+ 與早期 1.6T ZR；超大規模資料中心的葉脊式 leaf-spine 結構則已廣泛部署 800G，同時預留 1.6T 與 3.2T 的機房電力與散熱空間。

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