免費科普
AI 的電費，有一半花在把資料從一顆晶片搬到隔壁那顆
一顆 AI 加速器晶片運算時，只有一部分能量真的用在計算上。另一部分花在把資料從一個地方搬到另一個地方。
而且距離越遠、越耗電：晶片內部搬一次很便宜，晶片對晶片貴一些，機櫃對機櫃更貴。
當模型大到單一晶片裝不下、必須切開分散到幾千顆晶片上時，「搬資料」就從次要成本變成主要成本。
這就是為什麼 AI 資料中心的下一個戰場不在算力，在互連。
這是什麼
先講三個詞
矽光子——在矽晶片上做光學元件，讓光的產生、調變、傳輸、接收都能用半導體製程量產。
光互連——用光而不是電訊號，在晶片與晶片之間傳資料。
共封裝光學（CPO）——把光學引擎直接封裝在運算晶片旁邊，而不是放在機板邊緣的插拔模組上。距離越短，功耗越低。
生活場景：把倉庫搬到工廠隔壁
想像一座工廠，原料放在十公里外的倉庫。
工廠效率再高，都會被卡在運輸上——卡車來回要時間、要油錢，而且你增加產能的時候，卡車數量得跟著增加，最後路會塞。
優化生產線沒有用，因為瓶頸不在生產線。
三種解法：
- 買更快的卡車（提升電訊號的傳輸速率）→ 有極限，而且越快越耗油
- 改用輸送帶（換一種傳輸機制）→ 這是光互連
- 把倉庫搬到工廠隔壁（縮短距離）→ 這是共封裝光學
現在的產業正在同時做 2 和 3。
機制拆解：光為什麼比較省
電訊號在銅線上傳輸，有三個物理上的麻煩：
| 問題 | 說明 |
|---|---|
| 電阻損耗 | 銅線有電阻，訊號一路衰減，越長越嚴重 |
| 頻率越高損耗越大 | 想提高頻寬 → 提高頻率 → 損耗急遽上升 |
| 串音 | 密集排列的銅線之間會互相干擾 |
光在光波導裡沒有這三個問題（或小得多）：衰減極低、頻寬極大，而且可以用不同波長同時傳多路訊號。光之間不會互相干擾。
代價是：你得把電變成光，再把光變回電。 這個轉換本身要耗電、要佔面積、要成本。
所以整件事變成一個距離的算術：
距離短 → 電比較划算（轉換成本佔比太高） 距離長 → 光比較划算（轉換成本被攤薄）
而 AI 系統的規模一直在把「距離」往上推。
每一次模型變大、需要更多晶片協同，那個「光划算」的臨界距離就往內縮一次——從機房之間，縮到機櫃之間，縮到機板之間，現在縮到晶片旁邊。
這就是 CPO 的由來，也是矽光子近年突然變熱的原因。
電互連與光互連的成本交叉點，隨規模往內移。一張沒有刻度的示意圖。橫軸由左至右是晶片內、晶片間、機板、機櫃、機房。電的成本線從低處開始、隨距離急遽上升；光的成本線起點較高但幾乎持平，兩線在中段交叉。交叉點左移的箭頭表示：系統規模每擴大一次，光划算的距離門檻就往內縮一格。兩軸皆無刻度，只表示方向。
| 工廠 | 真實機制 |
|---|---|
| 生產線 | 運算晶片 |
| 十公里外的倉庫 | 遠端的記憶體／其他晶片 |
| 卡車運輸 | 電訊號在銅線上傳輸 |
| 卡車越快越耗油 | 頻率越高，電損耗越大 |
| 路會塞 | 串音與佈線密度限制 |
| 改用輸送帶 | 光互連：低損耗、高頻寬 |
| 蓋輸送帶要投資 | 電光／光電轉換的成本與功耗 |
| 把倉庫搬到工廠隔壁 | 共封裝光學（CPO） |
一句話總結
光互連不是「比較先進」，是「距離拉長之後比較便宜」——而 AI 每擴大一次規模，就把那個臨界距離往內推一格。
為什麼這件事講了二十年還沒普及
矽光子不是新概念。它被研究了二十多年。卡在哪裡？
卡在一件很基本的事：矽不會發光。
矽是間接能隙半導體——這是一個材料物理的性質，意思是它把電能轉成光的效率極差。
所以矽光子晶片的雷射光源必須從外部來。 你得把磷化銦之類的另一族材料接到矽上，這叫異質整合。
這是矽光子最難、也最貴的一步。
而 CPO 還有第二個難處，而且它不在概念上，在封裝工程：
- 運算晶片很燙，而雷射怕熱
- 光纖與晶片的對準精度要求極高，是良率瓶頸
- 封在一起之後，壞了怎麼修？
這就是為什麼 CPO 的放量時程一再延後。困難不在「要不要做」，在「怎麼做得出來又修得好」。
比喻到此為止
工廠與倉庫的比喻在兩個地方失效：
一、輸送帶只能運一種東西，光可以用不同波長同時運很多路。 波長多工是光互連最大的優勢之一，而運輸的比喻完全承載不了——它是光獨有的能力。
二、把倉庫搬到隔壁沒有技術難度，把光學引擎封裝到運算晶片旁邊有。 熱、對準精度、良率、可維修性——CPO 真正的困難不在概念，在封裝工程。比喻會讓人低估它。
還沒定案的事
時程一再延後。 這個題材的預期與現實落差，過去幾年已經演過好幾輪。「明年放量」這句話在這個領域被說了很多次。
光源的異質整合仍是成本與良率的核心障礙。 這是二十年的老問題，不是明年會解決的事。
產業聚落的養成需要十年以上，而且經常失敗。 目前美國有一個區域級的光子產業計畫正在推進（普林斯頓、Rowan、Rutgers 與 Nokia Bell Labs 共同主導，入圍國家科學基金會的決選）——但各國政府砸錢建「某某谷」的歷史紀錄，成功率很低。
延伸閱讀
這篇講的是為什麼光互連會變成必要，以及它卡在哪裡。
如果你想知道那個區域產業計畫的規模與六大工作面向、為什麼「只有一項是研究、其他五項都是生態系基礎建設」這件事透露了什麼、以及我們寫下了哪五條判定條件——那些在研究筆記〈AI 的電費，有一半花在把資料從一顆晶片搬到隔壁那顆〉裡。
來源
- Princeton Innovation（2025-09-19），Princeton-led photonics coalition named finalist in National Science Foundation competition — 連結
- Princeton University（2023-05-11），Princeton selected to lead NSF-funded regional consortium for photonics research and workforce development — 連結
- Rowan University（2025-09），Princeton, Rowan, Rutgers and Nokia Bell Labs-led photonics team named among top 15 finalists — 連結
本文為科學技術之教育性資訊，不構成任何投資建議。