突破傳統速度限制、可提高AI機櫃資料傳輸效率，中央大學揭VCSEL光源技術研究成果

由大型模型驅動的生成式AI遍地開花，也帶動AI機櫃資料傳輸效率議題。這正是中央大學電機系教授許晉瑋研究團隊、元智大學和幾家廠商共同研究的主題，他們在25日揭露垂直共振腔面射型雷射（VCSEL）最新研究成果，成功開發出新穎的單模、超高速、低耗能VCSEL，突破傳統VCSEL光源的速度（40 GHz）和單模輸出功率（~5mW）限制，且其雷射光源和光纖結合後，可取代笨重又高損耗的高頻電纜線，進而大幅降低AI機櫃的電力消耗。

參與研發的廠商皆表示目前已具量產能力，但仍需經市場驗證，預計半年到1年可完成。

生成式AI興起，帶動大量資料傳輸需求

許晉瑋解釋，AI研究起於1960年代，但直到近年才見到爆炸式成長，原因之一在於電晶體尺寸縮小，可以更即時地處理龐大資料量和運算，是AI商品化的重要一環。

但同時，即時處理龐大資料量需求，也帶來不少挑戰，尤其ChatGPT問世後，市場對快速運送大量資料（如800G）的需求度大幅增加（如下圖）。這也意味著，巨量資料在GPU及其周邊開關晶片和不同資料中心間的高速搬移，變得至關關重要。

目前有2種常見的資料傳輸技術，一是VCSEL光連結，另一是矽晶光電連結。後者是Nvidia產品常用的資料傳輸技術，許晉瑋點出，目前Nvidai AI機櫃需要處理的資料流量，已超過全世界乙太網路資料流量，其所需的銅纜線更是難以想像。同時，矽晶光電還會產生大量耦光損耗，並非最節能的技術。

研發VCSEL雷射光源新技術，突破傳統速度限制

也因此，更快、更便宜、更低耗能，且能與IC晶片高密度封裝的VCSEL技術，成為團隊的研究方向。這種雷射光源在與光纖結合後，可以取代笨重且高損耗的高頻電纜線，AI機櫃的電力消耗還能大幅下降。

VCSEL雷射光源不是新技術，但要達到更好的資料傳輸效率，團隊必須克服一道技術挑戰：擴展高速雷射加上光纖的整個光學通道頻寬。

最終，他們用鋅擴散方法改變了發光孔徑形狀，大幅提高單模VCSEL的輸出功率和操作速度，比傳統方法更有效率。也就是說，這個技術可以更有效率、更快速傳輸資料，不只突破傳統VCSEL光源的速度（40 GHz）和單模輸出功率（~5mW）限制，且雷射元件與單模光纖結合後，在不使用任何信號處理的前提下，還能達成850 nm波長的40 GHz調變頻寬及1 km 56 Gbps的距離-資料傳輸速率乘積世界紀錄。這項研究成果也在2024年OFC國際會議中發表，且該元件完整的技術內容也發表在2025年的《IEEE量子電子學選題期刊》國際權威期刊。

在應用上，這種鋅擴散VCSEL結構早已在臺灣VCSEL晶片製造商大量生產，也常用於智慧手機的近距離感測模組光源。這項研究成果技術，也將與國內廠商合作開發並生產；現場參與研發的業者皆表示，目前都具備量產能力，但仍需客戶驗證，最快今年底或明年可完成。