硅光子 Silicon Photonics 是什么？AI 数据中心高速光互连技术完整解析｜技术年份：2026

随着 AI Server、GPU Cluster 与 AI Data Center 持续扩大，高速数据传输面临的问题已不只是「运算芯片够不够快」，而是大量数据能否在 GPU、Switch、Rack 与 Data Center 之间，以更高带宽、更低功耗稳定传输。

当高速 Electrical Interconnect 从 400G、800G 持续朝 1.6T、200G/Lane 与更高带宽演进，Optical Interconnect 的重要性也持续提高。

**Silicon Photonics（硅光子）**就是其中非常重要的技术平台。

Intel 将 Silicon Photonics 描述为将硅的制造能力与光的数据传输能力整合到芯片上；AIM Photonics 则以 Photonic Integrated Circuit（PIC）为核心，将 Waveguide、Modulator、Photodetector、Coupler 等光学组件整合到芯片级平台。

简单来说：

硅光子就是利用半导体与光子积体技术，把原本分散的光学功能整合到芯片上，让数据可以利用光进行高速传输。

Silicon Photonics 是什么？

Silicon Photonics 可以拆成两个概念：

Silicon = 硅

Photonics = 光子技术

传统电子芯片主要利用：

Electron（电子）

进行计算与讯号传输。

Photonics 则利用：

Photon（光子）

传递信息。

Silicon Photonics 的核心就是在硅基或与硅半导体制程兼容的平台上，建立 Photonic Integrated Circuit，将多种光学功能整合于芯片层级。Intel目前的 Silicon Photonics 平台即把 Photonic Integrated Circuit（PIC）与 Electrical Integrated Circuit（EIC）整合，用于高速 Optical I/O 与 Data Center Connectivity。

硅光子芯片里面有哪些组件？

Silicon Photonics 并不是一颗单纯「发光的芯片」。

一套完整 Photonic Integrated Circuit 可能包含：

组件	主要作用
Waveguide	在芯片内引导光讯号
Modulator	将电气数据调变到光讯号
Photodetector	将光讯号转换回电讯号
Coupler	连接芯片内光路与 Optical Fiber
Splitter／Combiner	分配或合并光讯号
Multiplexer／Demultiplexer	结合或分离不同光波长
Laser Source	提供光源
PIC	整合主要Photonic Functions
EIC	控制与处理Electrical Signal

AIM Photonics 的 Silicon Photonics 设计平台即涵盖 Waveguide、Splitter／Combiner、Interferometer、Modulator 与 Photodetector 等组件；不同 Silicon Photonics 平台会依制程与应用采用不同组件组合。

Silicon Photonics 怎么传输数据？

可以用一个简化流程理解：

Electrical Data
↓
Modulator
↓
Optical Signal
↓
Silicon Waveguide
↓
Fiber Coupling
↓
Optical Fiber
↓
Photodetector
↓
Electrical Data

例如 Switch ASIC 或其他高速 IC 产生资料后，可以透过 Electrical Interface 将讯号送入 Photonic Engine。

Modulator 再利用电讯号控制光的状态，把数字信息「写入」光讯号。

光讯号接着经：

Waveguide → Coupler → Fiber

传往另一端。

接收端的 Photodetector 再把 Optical Signal 转换为 Electrical Signal。

因此 Silicon Photonics 的重要价值之一，就是建立：

Electrical Domain ↔ Optical Domain

之间的高速桥梁。

Waveguide 是什么？

Waveguide 可以理解成：

芯片里面的「光路」。

一般 Electrical PCB 使用 Copper Trace 引导电讯号，而 Silicon Photonics 则利用 Waveguide 在 Photonic Chip 里控制光的传播方向。

AIM Photonics 的 Silicon Photonics 平台包含 Silicon 与 Silicon Nitride Waveguide 技术，并持续开发低损耗 Photonic Integrated Circuit。

Waveguide 的设计会影响：

• Optical Loss
• Bend Radius
• Coupling
• Crosstalk
• Wavelength
• Integration Density

因此它可以视为 Photonic Integrated Circuit 中最基本的光学传输路径之一。

Modulator 是做什么的？

Laser 本身可以提供光，但要传输数字数据，还必须把：

0／1 Data

转换到光讯号上。

这就是 Modulator 的工作。

Modulator 透过 Electrical Signal 改变光的特性，让光承载数据。

AIM Photonics 的 Silicon Photonics 平台即包含 Silicon Ring Modulator 等结构；NVIDIA 目前的 CPO Silicon Photonics Engine 也使用 Micro Ring Modulator，支持每波长 200 Gb/s PAM4 调变。

因此可以简化成：

Electrical Data
→ Modulator
→ Modulated Optical Signal

Photodetector 又是什么？

Photodetector 的功能刚好相反：

Optical → Electrical

光讯号抵达接收端后，Photodetector 将接收到的 Optical Signal 转回可以被电子电路处理的 Electrical Signal。

所以一条完整 Silicon Photonics 高速通讯路径通常会同时涉及：

Transmitter

与：

Receiver

而不是只有光发出去而已。

为什么使用「Silicon」做 Photonics？

Silicon Photonics 的重要价值之一，是可以利用高度成熟的半导体制造与晶圆级加工能力，将大量光学功能整合到小型 Photonic Integrated Circuit。

AIM Photonics 目前提供 300 mm Silicon Photonics 制程与 MPW 制造平台；Intel 也已利用高量产 Silicon Photonics 平台制造大量 Data Center Optical Connectivity 产品。

这让 Silicon Photonics 有机会把原本：

Discrete Optical Components

逐步转变为：

Integrated Photonic Circuit

可以模拟半导体发展：

很多分离Electronic Components
→ Integrated Circuit

而 Photonics 则是：

很多分离Optical Components
→ Photonic Integrated Circuit

Silicon Photonics 的 Laser 也是硅做的吗？

这里要特别注意：

Silicon Photonics 不等于所有光学组件都必须只由纯硅完成。

Laser Source 可以依不同架构采用不同技术。

有些系统使用：

• External Laser
• Hybrid Laser
• Heterogeneous Integration
• Integrated Laser

例如 Intel 的 Silicon Photonics 平台采用整合式 Laser-on-Wafer 技术；其他 CPO 系统则可能采 External Laser Source。

因此更正确的理解是：

Silicon Photonics 是一个光子整合平台，而不是规定所有Photonic Components都只能由单一Silicon Material制作。

Silicon Photonics 和 Optical Fiber 有什么不同？

这两个概念不能混在一起。

Silicon Photonics

主要负责：

产生、调变、导引、接收与处理光讯号。

Optical Fiber

主要负责：

把光讯号从一个设备传送到另一个设备。

可以简单理解：

Silicon Photonics
↓
Fiber Coupling
↓
Optical Fiber
↓
Silicon Photonics／Optical Receiver

因此：

Silicon Photonics 是光电功能平台；Optical Fiber 是光讯号的传输媒介。

两者通常是合作关系，而不是互相取代。

Silicon Photonics 和光模块是一样吗？

不完全一样。

Silicon Photonics 是技术平台。

Optical Transceiver 是产品／模块。

一颗 Optical Transceiver 可以使用 Silicon Photonics 技术，也可以采其他 Optical Component Architecture。

Intel 已将 Silicon Photonics 用于 Data Center Pluggable Optical Transceiver，并提供 400G、800G、1.6T 等 Silicon Photonics Component Solution。

因此可以理解：

Silicon Photonics
→ 可以用来制作 Optical Engine
→ Optical Engine 可以放进 Optical Transceiver

但两者不是同义词。

Silicon Photonics 和 CPO 是一样的吗？

也不是。

这是目前 AI Networking 最容易混淆的两个名词。

Silicon Photonics

是一种：

Photonic Technology Platform

主要回答：

「如何把高速光学功能整合到芯片？」

CPO

是一种：

System／Packaging Architecture

主要回答：

「Optical Engine 应该放在什么位置？」

CPO 的核心是把 Optical Engine 移得更靠近：

Switch ASIC

而这颗 Optical Engine 很常使用：

Silicon Photonics

技术实现。

所以：

Silicon Photonics 是 CPO 的重要实现技术之一，但 Silicon Photonics 不等于 CPO。

Broadcom 的 CPO 平台就是利用高度整合的 Silicon Photonics，而 NVIDIA Spectrum-X／Quantum-X Photonics 同样把 Silicon Photonic Engine 与 Switch IC 进行整合。

为什么 AI 数据中心开始更需要 Silicon Photonics？

AI Data Center 的核心问题是：

大量GPU之间需要交换非常大量的数据。

GPU Cluster 规模增加后，也会带动：

• Network Bandwidth
• Switch Capacity
• Port Density
• Optical Links
• Power Consumption

同步提高。

NVIDIA 已把 Silicon Photonics 导入其 Spectrum-X Ethernet 与 Quantum-X InfiniBand Networking Platform；2026 年 NVIDIA 也进一步与 Coherent 合作开发下一代 Silicon Photonics 技术，以支持更大规模 AI Infrastructure。

因此 Silicon Photonics 的重要性正在从：

一般Optical Networking

延伸到：

AI Infrastructure High-Speed Interconnect。

为什么高速 Electrical Interconnect 会遇到瓶颈？

高速 Electrical Signal 经过：

PCB
→ Connector
→ Cable

时，会受到：

• Insertion Loss
• Return Loss
• Crosstalk
• Jitter
• Channel Length
• PCB Material
• Connector Discontinuity

影响。

资料率愈高，维持 Signal Integrity 的难度通常也愈高。

Intel 将 Silicon Photonics 与 Integrated Optical I/O 视为处理持续增加的 Off-Chip I/O Bandwidth 需求的重要方向；NVIDIA与Broadcom则已把 Silicon Photonics 用于超高带宽 CPO Switch。

所以 Silicon Photonics 真正解决的并不是：

「电子运算不够快。」

而是：

当数据需要离开高速芯片并传得更远时，如何更有效率地利用光进行数据移动。

Silicon Photonics 为什么适合高带宽传输？

Optical Interconnect 的重要优势，在于光纤适合承载高带宽资料，并可以透过不同 Wavelength 同时传输多组讯号。

这就涉及另一个重要技术：

WDM（Wavelength Division Multiplexing）

也就是：

波分多任务。

不同数据可以调变在不同波长的光上，再合并进同一条 Optical Path。

概念上：

λ1 + λ2 + λ3 + λ4
↓
Multiplexer
↓
Fiber

接收端再透过：

Demultiplexer

将不同波长拆开。

Silicon Photonics 可以在芯片上整合相关 Multiplexer／Demultiplexer 与 Optical Routing Function，因此 WDM 是提高 Optical Bandwidth Density 的重要方向之一。AIM Photonics 已开发 Silicon Photonics Arrayed Waveguide Grating 与 Multiplexer 类组件。

Silicon Photonics 对 800G、1.6T 有什么重要性？

当 Ethernet 从：

400G
→ 800G
→ 1.6T

持续提高后，需要更高：

• Lane Rate
• Optical Bandwidth
• Port Density
• Energy Efficiency

Intel目前 Silicon Photonics Component Portfolio 已涵盖 400G、800G 与 1.6T Solution；NVIDIA 与 Broadcom 的新一代 CPO 平台则把 Silicon Photonics 与 200G SerDes／200G-per-channel 技术结合。

因此 Silicon Photonics 并不是只服务某一个 Ethernet Speed。

它更像是一个：

支持下一代High-Speed Optical Interconnect持续扩展的底层技术平台。

Silicon Photonics 能降低功耗吗？

它具有降低 Optical Interconnect 功耗的潜力，但不能简化成：

Silicon Photonics = 一定低功耗。

真正功耗还包括：

• Laser
• Modulator
• Photodetector
• Driver
• TIA
• DSP
• SerDes
• Thermal Control
• Switch ASIC

因此要比较的是：

整个Optical Link／System的Energy Efficiency。

NVIDIA目前将 Co-Packaged Silicon Photonics 的主要目标之一定位为降低大型 AI Factory Networking 的 Power Consumption；其公布的功耗改善属特定平台结果，不能直接视为所有 Silicon Photonics 系统的固定比例。

Silicon Photonics 的优势有哪些？

综合来看，Silicon Photonics 的主要价值包括：

1. 高整合度

可以把多种 Photonic Function 整合到 PIC。

2. 高 Bandwidth Density

透过多Channel、WDM 与高Data Rate Optical Engine，提高单位空间可提供的传输能力。

3. 适合高容量 Optical I/O

可应用于 400G、800G、1.6T 与未来更高速光互连。

4. 可搭配半导体制造能力

Silicon Photonics 已使用 300 mm Silicon Process 等半导体制造基础进行 Photonic Integrated Circuit 生产与开发。

5. 适合 CPO 与 Optical I/O

Optical Engine 可以往 Switch ASIC、CPU、GPU 或其他 XPU 更靠近，降低部分高速 Electrical I/O 压力。Intel 已展示与 CPU 共封装的 Optical Compute Interconnect Chiplet，而 NVIDIA、Broadcom则已把 Silicon Photonics 导入 Switch CPO。

Silicon Photonics 也有哪些挑战？

Silicon Photonics 并不是只要「把光放进芯片」就完成。

实际量产仍面临多项工程问题。

1. Optical Coupling

Chip与Fiber之间必须有效率地耦合光讯号。

2. Packaging

PIC、EIC、Laser、Fiber 与其他组件需要精密整合。

3. Thermal Stability

部分 Photonic Device 对温度变化敏感，需要良好 Thermal Control。

4. Laser Integration

不同平台必须决定采：

• Integrated Laser
• External Laser
• Hybrid Integration

5. Manufacturing Yield

Photonic、Electrical、Packaging 与 Fiber Interface 都可能影响整体良率。

6. Testing

除了 Electrical Test，还需要：

• Optical Test
• Wavelength Test
• Coupling Test
• Thermal Test
• Reliability Test

AIM Photonics 提供从 Design、Simulation、Fabrication、Packaging 到 Validation 的完整 Silicon Photonics 开发流程，也反映 Silicon Photonics 的商业化并不是只有晶圆制造，而是一整套 Photonic Manufacturing Ecosystem。

Silicon Photonics 未来会进入 GPU 或 CPU 附近吗？

这是目前非常值得关注的方向。

Silicon Photonics 已经不只用于：

Front-Panel Optical Transceiver

也开始往：

Near-Package Optics

Co-Packaged Optics

以及：

Optical I/O Chiplet

发展。

Intel 曾展示与 CPU 共封装的 Optical Compute Interconnect Chiplet；NVIDIA也正在把 Silicon Photonics 更直接整合到 AI Networking Switch。

此外，2026 年成立的 Optical Scale-Up Consortium 也以建立 AI Infrastructure 的 Open Optical Scale-Up Specification 为目标，反映 Optical Interconnect 正逐渐从 Data Center Network 往更靠近 Accelerator 的 Scale-Up Domain 延伸。

也就是未来可能逐渐从：

Chip
→ Electrical PCB
→ Optical Module

演进到：

Chip
→ Optical I/O
→ Fiber

让光更靠近 Computing Silicon。

Silicon Photonics 会取代所有 Copper Cable 吗？

不会。

高速互连不是：

Copper vs Optical只能选一个。

较合理的架构仍是：

很短距离

PCB／Copper／DAC

具有低成本、低延迟、低复杂度等优势。

距离与带宽需求提高

AEC／AOC／Optical Transceiver

逐渐增加。

超高 Bandwidth Density

Silicon Photonics／CPO／Optical I/O

重要性提高。

因此未来更可能形成：

Electrical + Optical Hybrid Interconnect

而不是所有 Copper 被 Silicon Photonics 淘汰。

Silicon Photonics 对 Cable 与 Connector 产业代表什么？

Silicon Photonics 增加后，并不代表 Cable 与 Connector 不再重要。

反而意味着高速互连的型态开始改变。

Electrical Connector

仍需要负责：

• Power
• Control
• Lower-Speed Signal
• Short-Reach High-Speed Electrical I/O

Optical Connector

需要支持：

• High-Density Fiber
• Low Insertion Loss
• Stable Alignment
• High Reliability
• Serviceability

Fiber Cable

将承载更多高带宽、高密度 Optical Link。

Cable Management

AI Rack／Switch 的 Fiber 数量增加后：

• Bend Radius
• Fiber Routing
• Density
• Mechanical Protection
• Serviceability

都会成为重要工程问题。

因此 Silicon Photonics 并不是终结 Interconnect Industry。

更正确的理解是：

电子互连正在从以高速Electrical为主，逐渐增加更多Electrical + Optical整合需求。

Silicon Photonics 的未来发展方向

未来 Silicon Photonics 可以观察几个重要方向：

更高速 Optical Lane

持续提高每 Channel Data Rate。

更高 Wavelength Density

透过 WDM 提升单一 Fiber 可传输的总带宽。

CPO

把 Silicon Photonic Engine 更靠近 Switch ASIC。

Optical I/O Chiplet

把 Optical Interface 更靠近 CPU、GPU、XPU。

Scale-Up Optical Interconnect

将光互连进一步导入 Accelerator-to-Accelerator 架构。

更成熟的 300 mm Manufacturing

提高 Silicon Photonics 的量产与成本效率。

AI Infrastructure 持续扩张后，Silicon Photonics 的角色将不只是「制作高速光模块」，而可能逐步成为：

Compute、Network与Optical Interconnect之间的重要桥梁。

Silicon Photonics 的核心观念

如果把整篇浓缩成一句话：

Silicon Photonics 是把光学功能整合到半导体芯片上的技术平台，利用光来承载高速数据，并逐渐成为 AI Data Center 从 800G、1.6T 到 CPO、Optical I/O 的重要高速互连基础。

它与：

Optical Fiber

不是同一件事。

它与：

Optical Transceiver

不是同一件事。

它与：

CPO

也不是同一件事。

更正确的关系是：

Silicon Photonics
↓
形成 Optical Engine
↓
可应用于 Pluggable Optics／CPO／Optical I/O
↓
连接 Optical Fiber
↓
建立高速光互连

这就是 Silicon Photonics 在下一代 AI Infrastructure 中最重要的角色。

常见问题

Silicon Photonics 是什么？

Silicon Photonics 是利用硅基或与半导体制程兼容的平台，将 Waveguide、Modulator、Photodetector 等 Photonic Function 整合到 Photonic Integrated Circuit，利用光进行高速数据传输的技术。

硅光子和光纤是一样的吗？

不一样。Silicon Photonics 负责产生、调变、接收与处理 Optical Signal；Optical Fiber 则主要负责把光讯号从一个位置传输到另一个位置。

Silicon Photonics 和 CPO 有什么不同？

Silicon Photonics 是 Photonic Technology；CPO 是把 Optical Engine 靠近 Switch ASIC 的 Packaging／System Architecture。CPO 很常利用 Silicon Photonics 实现 Optical Engine。

Silicon Photonics 一定需要外部 Laser 吗？

不一定。不同 Silicon Photonics Platform 可以采 External Laser、Hybrid Integration 或 Integrated Laser 等不同架构。Intel例如已采用晶圆级整合 Laser 技术。

AI 数据中心为什么需要硅光子？

AI Cluster 持续增加 Network Bandwidth、Port Density 与 Optical Interconnect 需求。Silicon Photonics 能把更多高速 Photonic Function 整合到芯片层级，因此逐渐被用于高速 Optical Transceiver、CPO 与 Optical I/O 等 AI Infrastructure 架构。

SyncTronics 解决方案

随着 AI Data Center 从 400G、800G 迈向 1.6T，高速互连架构正逐步增加 Silicon Photonics、CPO 与 Optical Fiber 的使用。对实际设备而言，仍需同步评估 Electrical Interface、Optical Interface、Connector、Fiber、Cable Length、Signal Integrity、Thermal、机构与设备兼容性。SyncTronics 可依应用需求协助评估高速 Cable Assembly、Connector、Fiber Interconnect 与客制化电子互连方案。

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