波新聞─陶泰山／台北
為進一步降低下世代AI高速資料連結所造成的電力消耗及開發新的節能技術。在國科會的支持下，國立中央大學電機系許晉瑋教授研究團隊，成功開發出新穎的單模、超高速、低耗能的垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL）。此成果不僅突破傳統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，能夠達成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。研究成果已在2024年OFC國際會議發表，且該元件完整的技術內容也在2025年發表於國際知名學術期刊《IEEE量子電子學選題期刊》。
光纖連接網路建設及資料中心的普及化，為人類的文明帶來新一波的革命，在人工智慧（AI）和先進積體電路（IC）技術結合的ChatGPT問世後，使得巨量資料在圖形處理器（GPU）及其周邊開關晶片和不同資料中心之間的高速搬移變得致關重要。
目前NVIDIA的AI機櫃所需的資料流量已超過全世界乙太網路資料流量。所以具有低功耗、超高速、並可和IC晶片高密度共同封裝的雷射光源為現今發展的重要趨勢，其雷射光源在和光纖結合後，可取代笨重且高損耗的高頻電纜線，且能使AI機櫃中的電力消耗大幅下降。所以，如何有效擴展高速雷射加上光纖的整個光學通道頻寬便成為更進一步降低下世代AI高速資料連結電力消耗的重要課題。
許教授團隊的獨家鋅擴散結構專利所實現新穎的單模VCSEL核心技術，和傳統單模VCSEL不同之處在於其改變了發光孔徑形狀。這種幾何結構，可大幅提升單模VCSEL的輸出功率和操作速度。目前鋅擴散的VCSEL結構早已於國內VCSEL晶片製造商大量生產，並應用在智慧型手機的近距離感測模組的光源，此研究成果技術也將與國內廠商合作開發並生產，這種高速、低耗能雷射光源在AI光鏈結市場上的應用將是指日可待。若能大量生產將使國內廠商能掌握AI資料鏈結的核心先進技術，使得國內AI的產業鏈能夠更加完整，以利國際間的競爭。
論文出處：
1．C. W. Lin, Z. W. Hsu, J. W. Tung, X. Chen, C. H. Wang, D. Hao, J. L. Yen, J. J. Liu, M. J. Li, and J. W. Shi, “Single-Mode VCSELs With Zn-Diffusion Apertures for Applications in Co-Packaged Optics Systems,” in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 31, no. 2: Pwr. and Effic. Scaling in Semiconductor Lasers, pp. 1-9, March-April 2025, Art no. 1501409, doi: 10.1109/JSTQE.2024.3454318.
2．M. L. Wu, C. W. Lin and J. W. Shi, “Single-Mode VCSEL with Zn-Diffusion Apertures and Strong Immunity Against Optical Feedback for Improved Data Transmission,” 2024 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC), San Diego, CA, USA, 2024, pp. 1-3.
圖／左起為環隆科技股份有限公司王靜儀經理、環隆科技股份有限公司劉兆悅協理、國科會工程處洪樂文處長、國立中央大學電機工程學系許晉瑋特聘教授、元智大學電機工程學系陳念偉教授、晶元光電股份有限公司吳俊明處長
