名人推薦：張國恩（國立陽明交通大學半導體工程學系特聘教授）

傅建中（國立清華大學奈米工程與微系統研究所動力機械工程學系教授）

劉柏村（國立陽明交通大學光電工程學系講座教授暨研發長）

─專文推薦─

梁中瑜博士（Intel研發總監）

郭浩中（鴻海研究院半導體研究所所長暨國立陽明交通大學終身講座教授）

陳筱青（國立臺灣科技大學電機工程學系教授）

蔡坤諭（國立臺灣大學電機工程學系教授

─專業推薦─

（依姓名筆劃排列）

〈Chapter 1 為什麼機房裡到處是光──AI時代的連線焦慮〉

【AI讓晶片之間「講話」的量暴增，銅線追不上，於是光接手。】

　　一座AI資料中心，骨子裡就是一座工業城市：GPU叢集是工廠，晶片之間的互連網路是道路。一座城市若只砸錢蓋工廠，卻捨不得修路，原料進不來、成品出不去，工廠再強也只能空轉。過去十年，大家的目光都放在「工廠」──誰的晶片算得快？這幾年，勝負卻悄悄轉到「路」上──資料能不能在晶片之間搬得夠快、夠省電？這本書要講的，就是這條路如何從銅走向光，以及這場改建工程裡的每一個角色：誰在鋪路？誰在造車？誰在收過路費？

　　開始之前，先介紹這本書的標準配備，免得你以為是排版失誤。每一章開頭有一個灰框，用一句話講完整章──趕時間，就只讀灰框也能掌握重點。章末固定三個格式：「關鍵數字」，只要求記住量級；「常見誤解」，替你排除最容易誤踩的地雷；「本章小結」，負責把你送去下一站。從這一章起，還會不定期出現兩位客座：「工程師筆記」，把某些的簡化說法還原成半定量的版本，給想多懂一層的你；「三問三答」，則回答讀者最常提出的疑問。全部跳過也不影響主線──但它們是這本書最像「坐下來跟工程師聊天」的部分。

1.1 一座AI工廠的資料流

　　訓練一個大型AI模型，是幾萬顆GPU的團隊作業：每顆算完自己那一小份，就要跟同伴交換中間結果、同步參數，才能進行下一輪。這個「對答案」的動作每秒發生無數次──而它在工程上是一道「同步柵欄」：全班都到齊，才能拍下一張團體照；哪怕只有一個人遲到，所有人都得掛著笑容等他。所以決定整群GPU速度的，不是最快的那條連線，而是最慢的那一條。工程師整天盯著的，正是這種「一百條路裡最塞的那條」──行話叫尾端延遲（tail latency）：平均延遲再漂亮，只要百分之一的封包偶爾拖拖拉拉，幾萬顆GPU就得陪著空等，算力白白蒸發。這也解釋了一件外行人常覺得奇怪的事：明明平均車速很快，為什麼還要花大錢把每一條路都修得又寬又穩？因為在團隊作業裡，平均值不算數，墊底的才算數。

　　圖1.1把這些交通分成三層，每一層都有自己的車種。最裡面是機櫃內：一櫃72顆GPU經由NVLink Switch交換板彼此互連，任兩顆都能高速交換資料；車流最猛；一個機櫃內部的雙向總互連頻寬可達130 TB/s，大約等於每秒搬運三萬部高畫質電影。這裡先立一個全書都適用的規矩：這類數字都是把櫃內所有雙向連線加總的結果，不同廠商的計算口徑略有不同──記量級就好，別逐位背誦。往外一層是機房內：上千個機櫃透過交換器互通，距離拉到幾十到兩百公尺，這裡正是光模組的主場，也是本書第3章要拆開來看的主角。這一層還藏著一個機房設計的關鍵詞──收斂比（oversubscription ratio）：不是每一層都鋪滿頻寬，往上走可以按比例收斂，就像社區道路匯進主幹道時容許適度合流；收斂多少，是「省錢」與「塞車風險」之間的取捨，每一家雲端業者都有自己的答案。最外層是機房之間：距離從幾公里到數十公里，主要依賴光纖互連──第5章會給你一把完整的距離尺。三層就像市區巷弄、市區幹道與城際快速道路：車種不同，規矩不同，但塞住任何一層，整座城市都會跟著慢下來。

　　給這些數字一把換算尺。家用光纖上網，常見方案是1 Gb/s；一個機櫃130 TB/s的雙向總互連頻寬，換算下來，大約等於一百萬戶家庭同時把頻寬跑滿──而這還只是「一個」機櫃，一座AI資料中心裡往往有上千個。再換一個角度：一顆GPU對外交換資料的吞吐量，已經是你手機下載速度的上萬倍。所以當新聞說某家公司「又蓋了一座AI資料中心」時，工程師聽到的其實是：又一張比整座城市電信網路總量還大的內部路網，要在短短幾個月內鋪完──這就是連線焦慮的來源，也是這本書存在的理由。

1.2 銅的極限在哪裡

　　很多人以為銅線的問題是「不夠快」。其實，電訊號在銅線裡的傳播速度也很快，接近光在介質中的傳播速度。銅輸的不是速度，而是耐力：訊號變化越快，在銅線裡衰減得越凶，就像喊話喊得越急，聲音越傳不遠。這個「越快越虛」的現象，背後主要有兩件事。第一件叫集膚效應（skin effect）：訊號頻率越高，交流電流越被擠到導線表面的薄薄一層，就像高速公路封掉內側車道，車全擠在最外側，路等於變窄了，阻力自然變大。第二件是介質損耗（dielectric loss）：包覆在銅線外面的絕緣材料，會隨著訊號頻率提高而吸收越來越多能量。兩件事疊在一起，速率每往上一個世代，銅線能支撐的距離大約就打一次對折。

　　工程師當然想過補救：在線路兩端加入等化、重整等電路，把衰減、失真的訊號重新恢復。這條路走得通，但代價是電──每一級補救都要耗電；而且部分電路在補償訊號的同時，也會連帶放大雜訊（第9章會正式介紹這位敵人）。所以圖1.2那道不斷內縮的疆界，是物理與經濟共同畫出的：10G時代，一條被動銅纜還能跑約7公尺；到了200G世代，只剩約1公尺──出不了機櫃。而同樣的速率，一條光纖可以輕鬆跑約500公尺到數公里。跨出機櫃的世界，已經是光的天下；現在的問題只剩下：光，要往晶片靠得多近？這一問，問出了本書後半部的全部劇情。

　　順帶認識機櫃裡的纜線家族，後面章節會反覆遇到。最省的是被動銅纜（DAC）：純銅線加接頭，纜線本身不耗電，但距離最短，200G世代約1公尺。撐不到的距離，先靠主動銅纜（AEC）頂一段：線兩端各藏一顆訊號重整晶片，把訊號重新整形，距離可延伸到幾公尺，代價是每端多耗幾瓦。再遠，就輪到主動光纜（AOC）與可插拔光模組──也就是第3章的主角──從幾十公尺一路涵蓋到數公里。三兄弟的分工線，正是圖1.2那道疆界在真實機房裡的樣子：能用銅就用銅，銅到不了的地方，光接手。

　　有機會走進一間AI機房，你可以親眼看到這條疆界。機櫃背面，是一把一把黑色的粗辮子──那是成千上萬條DAC銅纜，把同一機櫃裡的GPU綁成一體，短、粗、重，但便宜可靠。抬頭看向機櫃頂端，細得幾乎看不見的黃色光纖，沿著橋架整齊地延伸到機房另一端的交換器區──那是光的領土。一低頭、一抬頭之間，你看到的就是圖1.2那條疆界線的實體：銅統治一公尺，光統治一公尺之外。往後幾年，這條線還會繼續往機櫃裡面推──推到哪裡？就是第6章與第11章要說的故事。

○工程師筆記　為什麼速率一加倍，銅的里程就近乎砍半？

　　把它想成一筆固定的旅費。工程上，訊號衰減用「分貝」（dB）記帳（第2章會正式教這本帳），而一條鏈路兩端能容忍的總衰減，大致就是一筆固定的預算──預算花完，旅程也就到站。

　　問題出在單價。集膚效應讓每公尺的導體損耗，大約隨訊號頻率的平方根增加──頻率越高，交流電流越被擠進導線表面的薄薄一層，等效導線截面越小；介質損耗則更接近隨頻率成正比增加──絕緣材料像一塊會吸收能量的海綿，訊號變化越快，被吸走的能量也越多。兩種損耗疊加後，速率提高，每公尺的「旅費單價」就會快速上升；在其他條件相近下，速率加倍時，可傳輸距離往往就接近減半。

　　對照圖1.2的實際數字：10G約7公尺、200G約1公尺，二十倍的速率換來七分之一的距離──和這條規律的走向一致。要提醒的是，這只是工程上的近似法則：實際里程還會受到連接器品質、線材規格、封裝設計與兩端等化能力等因素影響，所以各家纜線的標稱距離會有所不同──但「越快越短」這個趨勢，始終沒有改變。

　　延伸一問；那為什麼機櫃裡還在用銅？因為在一公尺這個級距，銅的總成本實在太漂亮──一條被動銅纜（DAC）就是銅線加接頭，不用雷射，不用光學元件，纜線本身也不耗電，壞了直接換即可，成本通常只有光方案的一小部分。工程上的選擇，從來不是「誰比較先進」，而是「這一段路，誰的總成本最低」──這個思路，會貫穿全書每一次的技術對決。

1.3 光贏在哪三件事

　　第一是距離乘頻寬。同樣200G的速率，銅約1公尺，光則可達數百公尺到數公里，差了三個數量級。更妙的是，同一條光纖還能同時載送好幾個顏色（波長）的光，每個顏色各跑各的資料，互不干擾──等於一條路直接蓋成好幾層的立體高架。這招的正式名字叫分波多工，第2章會用一張光譜尺讓你看懂它。銅線沒有這種本事：一對銅線，一次就是一路車。

　　第二是電費。傳統800G可插拔光模組約耗15～17瓦；新世代把光搬到晶片旁的作法（第6章的主角），光引擎能降到約5瓦。單看一個埠，少了約10瓦，不痛不癢；但一座十萬埠的資料中心，光這一項就能省下約1MW。1MW是什麼概念？大約相當於上千戶家庭同時用電的規模。而且，省下來的不只是電費：每一瓦最後都變成熱，省電同時也意味著降低散熱與空調負擔，讓整座機房的能源效率更好。第三是體積與重量。一座大型GPU叢集需要大量銅纜互聯，粗的一條像原子筆；換成細如髮絲的光纖（連保護披覆也不過零點幾公釐），布線、風道與維修空間都能大幅鬆一口氣──搬同樣多的貨，一邊用機車來回跑，一邊直接開貨櫃車。

　　其實還有第四件事，平時沒人提、出事時再多錢也買不到：光纖不導電，也不受電磁干擾影響。機房裡上千臺電源、風扇與馬達日夜切換，銅線可能受到電磁干擾，形成第9章要介紹的雜訊：光纖則幾乎不受這些電磁場影響，因為光是在玻璃裡傳播，而不是靠電流。不導電還有兩個附贈品：跨樓層、跨棟拉線時，不必擔心兩端地電位差造成的問題；雷擊突波也不會沿著光纖傳入昂貴的設備。對維運團隊來說，這是「半夜不會被叫醒」等級的優勢。

1.4 本書怎麼讀

　　全書十二章分成三大部分：第1-5章打地基，學會看懂光通訊的語言與元件；第6-8章進主戰場，拆解LPO、CPO與矽光子──當前整個產業押注的方向；第9-12章開視野，談品質把關、產業地圖與未來十年。每一章的裝備都一樣：開頭一個灰框，用一句話定調；結尾固定三個框──關鍵數字、常見誤解與本章小結。部分章節還有「動手看看」，用五分鐘的小實驗把原理牢牢釘進記憶。每章開頭那張小地圖，會標記你走到哪一站。

　　再交代全書的圖怎麼讀，因為它們有共同的語言。每張圖底部的灰色說明帶，是那張圖的一句話總結──圖看不懂，先讀那一條。圖裡出現的深色圓珠是章號，提醒你這個概念會在哪一章展開。凡是講到產品與未來，圖上一定掛著誠實標籤：已量產、已展示、研究中，三種成熟度嚴格分開──這是本書對你的保證：圖上的每一個數字與每一句話，都有公開資料或文獻可供查證；查不到的，我們寧可寫「未公開」。

　　不同的讀者，可以走不同的路線。趕時間的投資人：先走1、3、6、10四章──看懂需求、認識產品、抓住主戰場、攤開產業地圖，兩個小時建立完整的知識框架。工程新人：1到9章順讀，「動手看看」一個都別跳過──做過的，忘不掉。學生與轉職者：全書順讀之外，把第11.4節的三條入場路徑當成職涯地圖，再回頭補對應章節。無論走哪條路線，迷路了就翻回各章開頭的灰框──十一句話連起來，就是整本書（第12章備有全套）。

★三問三答

問一：光跑得比電快，所以才用光？

　　不是。光在玻璃裡的速度約是真空光速的三分之二；電訊號在銅線上的傳播速度，也差不多是這個量級，兩者其實沒差多少。光真正的優勢，是「同樣距離下能載多少資料」與「每個bit要花多少電」，而不是傳得比較快。這是全書第一個，也是最常見的迷思。

問二：為什麼不乾脆用無線，連線都省了？

　　因為頻寬與延遲都不符合需求。一個機櫃內部就要搬運約130 TB/s的資料，而無線電頻譜的總容量遠遠餵不飽這個胃口；更何況幾萬顆晶片擠在一起，無線訊號互相干擾，延遲也更難維持穩定──團隊作業最怕的，就是「有人偶爾遲到」。無線適合最後一哩的自由，不適合機房裡的重載貨運。順帶一提，機房裡連Wi-Fi基地臺都少見──不是捨不得裝，而是真的派不上用場。

問三：銅會被光完全淘汰嗎？

　　不會。一公尺內的短距離，銅纜仍然是最便宜、最耐用的選擇，因此機櫃內至今仍大量使用；光則是從長距離一路往短距離推進，雙方的分界線每個世代都在移動（第11章會談這條邊界的未來）。工程世界的常態是分工並存，而不是你死我活。判斷一則「某某技術將死」的新聞可不可信，先看它有沒有算總成本這筆帳──沒有帳的預言，聽聽就好。

△關鍵數字（記量級就好）

．一個機櫃（約72顆GPU）的內部互連總量：約100 TB/s等級（可達約130 TB/s）

．一櫃GPU互連所需的銅纜：數千條等級（部分架構超過5,000條）

．十萬個光連接埠，每埠省約10瓦→整體可省約1 MW等級功耗

．銅纜傳輸距離：10G約數公尺（約7公尺）→200G約1公尺；同速率光纖：約數百公尺到數公里（依標準而異）

▽常見誤解

誤解一：「光跑得比電快，所以要用光。」

　　兩者速度其實是同量級；光真正贏的是傳輸距離、頻寬密度與每bit能耗，而不是速度（「三問三答」的問一，值得再讀一次）。

誤解二：「光互連是新技術。」

　　長途電信骨幹使用光通訊已經數十年；新的不是「光」本身，而是光一路走進資料中心、走進機櫃，最後甚至與晶片共同封裝──這正是本書的故事線。

誤解三：「機房裡的光，跟我家裡的光纖是兩回事。」

　　它們屬於同一個家族：同樣使用玻璃纖維，同樣依靠雷射傳送資訊。差別在規模與要求──家用線路常見是Gb/s等級，資料中心光模組單埠已達800G以上，而且一座機房可能同時部署數萬個連接埠。速率與規模不同，背後的物理原理卻相同──所以你在家裡那條光纖，就是理解這本書最好的起點。

本章小結

　　AI讓「資料搬運」變成跟「資料運算」同等重要的工程。銅的瓶頸在耐力而非速度：速率每提高一個世代，傳輸距離大致就往下壓縮；光則從長途骨幹一路推進到機櫃之內。三層交通、一條疆界、四項優勢──這一章給你的，是往後十一章共用的底圖。

　　留一道暖身題：回家找出你家的光纖數據機，看看那條細細的黃線──下一章開始，你會知道那條線裡面到底發生了什麼事。我們先花五分鐘學會光的語言；四個詞，就能看懂全書所有的圖。

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Chapter 2 光的基礎，五分鐘版──四個詞看懂全書（節選）

【波長、dBm、dB、折射率──學會這四個詞，全書所有的圖你都看得懂。】

　　上一章說完「為什麼要用光」，這一章來學「怎麼談論光」。放心，不需要任何公式──這四個詞，每一個都有生活裡的對應物：波長是波的身高，dBm是音量，dB是隔音牆，折射率是路況。工程師之間談光通訊，絕大多數時候都繞不開這四個詞；學會它們，你就能聽懂機房裡的行話，也看得懂本書後面每一張圖。五分鐘，我們一個一個來。

2.1 光是一種波：用波長量它

　　把光想成水面上的波紋──波峰到下一個波峰的距離，就叫波長（Wavelength），單位用奈米（nm）。人眼能看見的光，波長大約在400到700奈米之間：紫色那端較短，紅色那端較長。光通訊使用的光，在1,310與1,550奈米附近，比紅色更長，眼睛完全看不見，所以被歸類為紅外光（infrared，簡稱IR）。先建立一個尺度感：一根頭髮的直徑約80,000奈米，光通訊的光波長，大約只有頭髮直徑的六十分之一。

　　為什麼偏偏挑1,310和1,550奈米這兩個數字？因為這是玻璃替光打開的「窗」。玻璃並非對所有波長一視同仁：波長太短，光容易被玻璃材料中的微小結構散射（這現象叫瑞利散射，天空呈現藍色也是同一個原因）；波長太長，則會逐漸受到玻璃材料本身的吸收影響。兩頭都不理想，中間剛好有幾段損耗最低的波段──工程界稱它們為「窗口」，並給了代號：1,310奈米附近叫O窗口，1,550奈米附近叫C窗口。（……）

〈Chapter 1 為什麼機房裡到處是光──AI時代的連線焦慮〉

【AI讓晶片之間「講話」的量暴增，銅線追不上，於是光接手。】

　　一座AI資料中心，骨子裡就是一座工業城市：GPU叢集是工廠，晶片之間的互連網路是道路。一座城市若只砸錢蓋工廠，卻捨不得修路，原料進不來、成品出不去，工廠再強也只能空轉。過去十年，大家的目光都放在「工廠」──誰的晶片算得快？這幾年，勝負卻悄悄轉到「路」上──資料能不能在晶片之間搬得夠快、夠省電？這本書要講的，就是這條路如何從銅走向光，以及這場改建工程裡的每一個角色：誰在鋪路？誰在造車？...

〈推薦序　穿透技術的高牆，看見光電交織的真實魅力〉

文／劉柏村

　　轉眼間，認識昇祐已經大約30年了。回想起當年我還在攻讀博士學位時，他還是個充滿熱忱與好奇心的小學弟。看著他一路從求學、投入晶片設計，到如今創辦公司並擔任Latitude Design Systems的技術長，這段橫跨三十年的成長軌跡，實在令人深感欣慰。

　　當今龐大的人工智慧算力，除了歸功於IC晶片效能的提升，更仰賴於那些隱身在機房深處的光通訊模組。無論是TOSA與ROSA模組的精妙封裝，或是矽光子技術在微縮體積與降低功耗上的突破，都是支撐數位社會的隱形骨幹。然而，這門牽動全球運轉的尖端科技，卻常僅流傳於少數工程師與研究者的探討之中。面對這個重要卻又充滿門檻的領域，我們始終缺少一座能讓大眾輕鬆跨越的橋梁。

　　昇祐的這本《像工程師一樣思考，一書讀懂CPO──圖解資料中心光互連》，正是那座精美的橋梁。

　　這本書最引人入勝之處，在於昇祐擁有一種將「硬科學」化為「白話文」的魔力。他刻意避開了那些會讓非本科讀者卻步的繁複數學公式，改用極具親和力的視角，帶領我們走進資料中心的深處。讀著書中的文字，您會發現那些原本生硬的物理現象──例如光如何在極微小的矽晶片波導中流轉，或是光模組內部的微小元件如何完美協作，無聲地扛起每秒千億次的龐大資料交換──都被他拆解成清晰明瞭的圖譜。他彷彿是一位幽默且極具耐心的導遊，透過數十張精心繪製的原創插圖，把一座座冷冰冰的AI機房與錯綜複雜的網路架構，具象化為一座座運作嚴密的微型城市。在這裡，讀者不需要死記硬背，就能直觀地理解光通訊的邏輯，看見「光」在晶片與伺服器之間穿梭的迷人姿態。

　　這不僅是一本給理工學生的入門地圖，更是一本為投資人、產業分析師，以及所有對科技感到好奇的讀者所準備的入場導覽。很高興能向大家推薦這本溫暖且充滿巧思的作品。這是一趟充滿驚喜的光電之旅，我誠摯地邀請您一同啟程。相信當您闔上書本的那一刻，一定會對我們身處的這個數位世界，擁有截然不同的嶄新體會。

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〈推薦序　切入矽光子領域的重要起點〉

文／張國恩

　　臺灣自1970年發展半導體以來，臺灣人一直以堅韌的意志與務實的精神發展高科技，突破重重困難，直到今日半導體製程技術領先全球，形成了所謂的半導體護國群山，這一切絕非偶然。

　　目前半導體的發展在AI人工智慧的驅動之下又再變得更加快速重要，在AI人工智慧的快速發展之下，資料傳輸量與運算量呈現爆炸式的成長，逐漸超越傳統銅電纜資料互連的物理極限，因此矽光子與共封裝光學技術橫空出世，用光訊號代替電訊號來傳遞資料，既高速又省能源，因此「光進銅退」已變成巨量資料互連的高度共識，然而矽光子不僅是如電訊號換成光訊號這般表面上的不同，而是從物理跟技術上的傳輸技術澈底改變，從材料、光電元件、系統、封裝、自動化到測試，每一樣都與目前目前半導體微電子技術有著極大的差異，物理上更橫跨材料、半導體、光電、力學、熱傳等跨領域知識，也因此許多初學者雖然有心想要涉入矽光子學術及產業領域，但面對這龐大的跨領域知識與技術往往不得其門而入。綜觀目前市面上與矽光子的書往往艱澀難懂，臺灣甚至是全世界，也都還沒有比較適合一般大眾及初學者的「矽光子與共封裝光學」的入門書籍可以用來學習相關知識。很多人想要跨進這個領域，卻沒有一個可以領進門一窺矽光子奧妙的「領門師父」，殊為可惜。

　　與陳昇祐博士相識多年，一直以來對於陳兄在矽光子領域的專業與投入十分敬佩，陳兄具有超過20年的半導體、EDA及光電產業經驗，是臺灣少數「懂光又懂電」的專家，近年來更是全世界矽光子領域的主要舵手之一，在臺灣推動矽光子技術發展與教育更是不餘遺力，也是因為這樣深厚的背景與經驗才能站在制高點上為初學者寫出這本重要的矽光子共封裝光學的重要入門書，能作為不同背景人士切入矽光子領域的重要起點，並填補目前市面上相關書籍之不足。這本《像工程師一樣思考，一書讀懂CPO──圖解資料中心光互連》首先把一切艱深的物理及數學都放在一旁，以深入淺出的概念及比喻讓讀者了解矽光子的前世今生、為何矽光子是目前AI時代的必備武器、矽光子的基礎概念、共封裝光學的基礎架構及技術發展趨勢等，每一項都是目前AI與矽光子時代所必須了解的重要概念，身為在矽光子領域鑽研多年的研究人員，我相信不論是哪個領域的人員都能輕鬆上手閱讀，也相信這本書的讀者在閱讀過這本書後都能有豐富收穫與重要啟發，能順利進入矽光子的世界繼續鑽研發展創新知識與技術。

　　矽光子無疑是半導體及科技領域下一波顛覆性的黑科技之一，有望成為臺灣未來新的半導體─矽光子護國群山，僅以此序誠摯推薦本書給所有對於矽光子與共封裝光學有興趣的讀者。

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〈推薦序　讓看不見的光，成為看得懂的世界〉

文／傅建中

　　認識昇祐，是一件很愉快的事。

　　他是一位工程師，也是一位研究者；但在我眼中，他還有一個更難得的特質：他喜歡把事情想清楚，也願意花力氣把複雜的事情說清楚。

　　這兩件事情看似相近，其實非常不同。

　　工程師往往擅長處理複雜的問題。我們習慣公式、模型、規格、製程、架構與數據，也習慣在一層又一層的技術細節裡尋找答案。然而，真正理解一件事情之後，常常會發現，事情反而變得簡單了。

　　有時候，知識增加，世界會變得愈來愈複雜；但是理解真正發生的那一刻，世界卻會突然安靜下來。

　　你會有一種「原來如此」的感覺。

　　我想，這正是我閱讀昇祐這本書時，很深的一個感受。

　　今天談人工智慧，大家首先想到的是GPU、先進製程、先進封裝與龐大的算力。但當數萬甚至十萬顆晶片開始一起工作，真正困難的問題已經不只是「算得有多快」，而是這些晶片之間能不能快速、有效率地彼此交換資訊。

　　於是，我們開始重新看見「連結」的重要。

　　從銅線到光纖，從可插拔式光模組到LPO，從矽光子一路走到CPO，表面上看，是一連串技術的演進；但如果把視野拉遠一點，其實我們正在面對的是一個非常根本的問題：

　　當運算的能力愈來愈巨大，我們要如何讓彼此之間的連結，也跟得上這樣的成長？

　　這也正是CPO令人著迷的地方。

　　光原本存在於晶片之外，如今一步一步向晶片靠近。從資料中心之間、機房之間、機櫃之間，再走進封裝之中。那一道肉眼看不見的光，正在愈來愈靠近計算本身。

　　從工程的角度看，這是頻寬、能耗、距離、熱、封裝、良率與成本之間不斷重新尋找平衡的過程；但從另一個角度看，它也很像我們理解世界的方式──當事物愈來愈靠近核心，許多原本分開的界線，也開始重新被思考。

　　光與電不是誰消滅誰。

　　CPO也不是宣告某一種技術取得最後勝利。

　　工程真正迷人的地方，本來就很少是「非此即彼」。在不同距離、不同成本、不同功耗與不同應用條件下，每一種技術都有它最適合的位置。成熟的工程判斷，不是急著預言誰會取代誰，而是先問：在什麼條件下？在什麼時間點？解決的是哪一個問題？付出的代價又是什麼？

　　這也是我特別欣賞這本書的地方。

　　昇祐沒有把CPO描寫成一個炫目的科技名詞，而是從一個bit的旅程開始，一層一層帶著讀者去理解資料究竟如何被搬動。光纖、調變器、雷射、DSP、矽光子、LPO、CPO、封裝、測試與產業鏈，在他的筆下不再是一堆彼此孤立的名詞，而慢慢形成了一張完整的地圖。

　　我尤其喜歡書裡幾個看似簡單，卻很有工程味道的說法。例如，他提醒讀者，銅真正輸給光的並不是「速度」，而是高速之下還能走多遠的「耐力」；談到CPO，又把它形容成「把郵局搬到家門口」。這些比喻看似輕巧，背後其實都建立在很扎實的工程判斷上。能把複雜的技術說得簡單，而又不犧牲它的準確性，是很不容易的事。

　　更難得的是，他用了大量生活中的比喻。

　　道路、城市、郵局、水龍頭、高鐵……

　　這些看起來與半導體毫不相關的東西，卻讓原本藏在實驗室、晶圓廠與資料中心裡的技術，忽然有了可以被想像的形狀。

　　我一直覺得，真正深刻的理解，最後往往會回到簡單。

　　如果一件事情只能用艱深的語言說明，也許我們還沒有真正走到它的中心。當一個人真正看見一件事情，他反而不需要用很多術語來證明自己知道；他只是把窗戶打開，讓你自己看見。

　　好的老師也是如此。

　　他不是站在你和知識之間，而是慢慢退到旁邊。

　　最後，你甚至忘記了老師的存在，只剩下你自己，看見了原本看不見的東西。

　　我認為昇祐在這本書裡，做的正是這件事情。

　　因此，這雖然是一本談光互連與CPO 的書，我卻覺得它同時也是一本談「如何理解技術」的書。

　　技術世界變化得太快。今天我們記住的規格、速率與產品名稱，幾年之後可能就會被新的世代取代。如果一本科技書只能告訴我們「現在的答案」，它的生命往往十分短暫。

　　但如果一本書能教我們怎麼提問，它的價值就會長得多。

　　看到一個驚人的數字，先問它的定義與邊界；看到一項新技術，先分辨它究竟是研究、展示、送樣，還是真正進入量產；看到「某某技術即將取代一切」的預言，也不要急著相信，而是回到工程最基本的問題──性能、功耗、成本、可靠度與製造性之間，真正的帳究竟怎麼算？

　　我尤其喜歡這樣的態度。

　　因為科學真正珍貴的地方，從來不是讓我們變得更確定，而是讓我們知道，在證據走到哪裡以前，我們應該停在哪裡。

　　知道，是一種能力；知道自己還不知道，也是一種能力。

　　而後者往往更難。

　　昇祐長期走在晶片設計、電子設計自動化與矽光子的交界，也因此能同時從設計、製造、工具與系統的角度觀看這個產業。這樣跨越不同領域的經驗，使他不是只談某一顆元件，而是試圖把整張圖攤開給讀者看。

　　這一點對今天的臺灣尤其重要。

　　我們擁有世界級的半導體製造、封裝與系統整合能力，而下一波AI基礎建設的競爭，已經逐漸從「如何做出更強的晶片」，延伸到「如何讓大量晶片真正有效率地一起工作」。當光一步步進入機櫃、進入封裝，許多原本分屬半導體、光電、封裝、精密製造與系統工程的領域，也正在重新交會。

　　新的機會，常常就出現在這些交界之處。

　　而所謂創新，有時候也並不是創造一個世界上從未存在過的東西。

　　更多時候，它只是忽然看見：原來這兩件一直存在的事情，可以在這裡相遇。

　　光互連，本身就是一門關於「連結」的技術。

　　而我想，人類文明很多重要的進步，其實也都是如此。

　　我們不斷創造更好的工具，讓原本遙遠的東西靠近，讓原本孤立的系統彼此交換，讓資訊流動，讓不同領域相遇。

　　真正的連結並不是讓所有東西變成一樣。恰恰相反，它是在保留彼此差異的同時，仍然找到可以相通的道路。

　　電還是電，光還是光；晶片仍然負責計算，光負責把資訊送往更遠的地方。

　　各自成為自己，卻又彼此連結。

　　這或許也是「互連」這兩個字，在技術之外，帶給我的另一層想像。

　　所以，我很高興看到昇祐完成這本書。

　　我也相信，無論你是一位剛進入這個領域的學生、工程師，正在觀察產業的投資人、分析師，或只是對AI背後真正發生什麼事情感到好奇的讀者，都可以從這本書找到自己的入口。

　　你不一定需要記住所有名詞。

　　甚至不必記住所有數字。

　　如果闔上書的那一刻，你開始能夠想像：當我們在手機上輸入一個問題，當一個AI模型開始運算，當成千上萬顆GPU同時彼此「說話」，那一個又一個bit，如何變成光，沿著比頭髮還細的光纖奔跑，再回到晶片之中──那麼，你就已經看見了一個過去看不見的世界。

　　而理解，往往就是從這一刻開始。

　　世界一直都在那裡。

　　光也一直都在那裡。

　　有時候，我們所需要的，只是一個人替我們打開一扇窗。

　　很高興，昇祐寫了這本書。

　　也很高興，我能在這裡，把這扇窗推薦給你。

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〈自序　把看不見的光，說成看得懂的故事〉

　　幾乎每一則人工智慧的新聞背後，都藏著一個少有人談的角落：資料中心裡，成千上萬張晶片要像一個大腦般同步運作，而決定它們跑得多快、多省電的，往往是把它們連起來的那張網路。這張網路中，光所扮演的角色正逐年提升，戰線從長距離傳輸一路推進到機櫃之內，乃至把光學元件收進晶片封裝的光電共同封裝（Co-Packaged Optics, CPO）。

　　從晶圓製造、晶片設計、電子設計自動化，一路走到創辦Latitude Design Systems，打造矽光子晶片與系統的PIC Studio 設計平臺，串接北美、歐洲與亞洲的主要晶圓廠，涵蓋矽光子、磷化銦與薄膜鈮酸鋰三大材料。這段橫跨電子與光子的歷程，讓一件事看得格外清楚；這項牽動每個人數位生活的關鍵技術，卻始終只存在於少數工程師與研究者的視野裡。

　　臺灣第一本系統性的矽光子教科書《矽光子與資料中心光互連》剛剛完成，那是一本供專業人士研讀、涵蓋完整理論與設計流程的技術專著。然而，在撰寫與分享的過程中，我越來越清楚一件事：這是一個牽動產業與經濟的重要題目，值得被更多人看懂，卻始終缺少一本真正能帶領一般讀者入門的書。這本《圖解資料中心光互連技術》，正是為了填補這道空缺而誕生。

　　如果那本教科書是給選手的訓練手冊，這一本就是給觀眾與愛好者的入場導覽。它假設你一無所知，拿掉幾乎所有數學，改用生活化的比喻：光纖裡的全反射，像雷射筆的光沿著水柱一路前進；把0與1寫上光，就像開關水龍頭；不同距離使用不同的光模組，則像巷口用走的、城市之間搭高鐵。配上數十張原創插圖，只為了讓「光如何搬動世界的資料」變成你能親眼看見，也能講給別人聽的故事。

　　這本書首先是為剛踏入這個領域的工程師與學生而寫──想快速建立光互連全局觀、再深入鑽研技術細節的人，可以把它當作一張入門地圖；同時，它也服務投資人、分析師、媒體記者，以及產業裡非研發崗位的夥伴，乃至每一位對科技好奇卻沒有理工背景的讀者。讀懂它，不需要先修過任何物理。無論你以什麼身分翻開它，我都希望它能替你長出一種能力：再看到「某公司打入CPO供應鏈」這類新聞時，懂得追問它位於產業鏈的哪一段、採用的是已量產技術，還是仍在規劃或驗證中的方案──學會這樣提問，遠比記住任何一個結論都更有價值。

　　這本書能夠成形，以及我在矽光子這條路上的每一步，都承蒙許多師長與業界先進的指教。首先，感謝鴻海研究院半導體研究所所長暨陽明交通大學郭浩中教授，以及陽明交通大學劉柏村教授、張國恩教授，成功大學林志隆教授、黃尊禧教授，臺灣科技大學陳筱青教授，清華大學傅建中教授，臺灣大學蔡坤諭教授，以及臺灣海洋大學陳志榮教授，在專業上的多次討論與協作。業界方面，感謝ams OSRAM的M. Ashkan Seyedi博士、恩萊特科技蘇正宇總經理、西門子莊明峰經理，以及Lightmatter彭玄同博士、台灣應材藍章益博士、玉晶光電廖信旭協理、Latitude吳以珩先生、比利時根特大學陳凱文博士，與荷蘭在台辦事處宋家瑋博士，長期以來的交流與協助。

　　書中若有任何疏漏或錯誤，皆由作者本人負全部責任，也誠摯歡迎各界先進不吝指教、交流。

　　總會想起最初被這個領域打動的那一刻：一根比頭髮還細的玻璃絲裡，傳遞著一道肉眼看不見的紅外光，替全世界搬運著幾乎無窮的資訊──這件事本身就足夠美。臺灣正站在這場光通訊浪潮的中央，從磊晶、晶圓、先進封裝到系統整合，都握有世界級的實力。衷心期盼這本書能讓更多站在門外的人願意走進來，因為把光搬得更近、把世界連得更好，從來不是靠單一領域或單一種角度就能完成的。

　　謝謝你翻開這本書。願這趟旅程，帶給你一次又一次「原來如此」的驚喜。

〈推薦序　穿透技術的高牆，看見光電交織的真實魅力〉

文／劉柏村

　　轉眼間，認識昇祐已經大約30年了。回想起當年我還在攻讀博士學位時，他還是個充滿熱忱與好奇心的小學弟。看著他一路從求學、投入晶片設計，到如今創辦公司並擔任Latitude Design Systems的技術長，這段橫跨三十年的成長軌跡，實在令人深感欣慰。

　　當今龐大的人工智慧算力，除了歸功於IC晶片效能的提升，更仰賴於那些隱身在機房深處的光通訊模組。無論是TOSA與ROSA模組的精妙封裝，或是矽光子技術在微縮體積與降低功耗上的突破，都是支撐數位社會的隱形骨幹。然而...

推薦序‧穿透技術的高牆，看見光電交織的真實魅力／劉柏村
推薦序‧切入矽光子領域的重要起點／張國恩
推薦序‧讓看不見的光，成為看得懂的世界／傅建中
自　序‧把看不見的光，說成看得懂的故事

Chapter 1 為什麼機房裡到處是光──AI時代的連線焦慮
1.1 一座AI工廠的資料流
1.2 銅的極限在哪裡
1.3 光贏在哪三件事
1.4 本書怎麼讀
本章小結

Chapter 2 光的基礎，五分鐘版──四個詞看懂全書
2.1 光是一種波：用波長量它
2.2 dBm是音量，dB是隔音牆
2.3 光纖怎麼把光關在裡面
2.4 0和1怎麼寫到光上
本章小結

Chapter 3 拆開一顆光模組──手指大小的光電工廠
3.1 外觀與家族：三種常見身形
3.2 發送端三人組：音叉、水龍頭、擴音器
3.3 接收端二人組：太陽能板與助聽器
3.4 DSP：全隊的修復師
3.5 全景：一條800G鏈路的完整旅程
本章小結

Chapter 4 速率怎麼一路衝上來──從10G到400G/lane
4.1 速率時間軸
4.2 一次踏兩階：NRZ到PAM4
4.3 FEC：先附一份勘誤表
4.4 800G與1.6T怎麼組出來
本章小結

Chapter 5 距離的地圖──每一段路，都有剛好的武器
5.1 三段路，三種交通工具
5.2 距離尺：銅、多模、單模的分工
5.3 命名解碼：看懂800G-DR8
5.4 同調一瞥：城市之間的高鐵
本章小結

Chapter 6 省電兩條路──LPO與CPO，本書的主戰場
6.1 電的最後一哩有多貴
6.2 LPO：讓修復師退場
6.3 CPO：把郵局搬到家門口
6.4 真實世界的CPO
6.5 天平的兩端
本章小結

Chapter 7 矽光子：把光搬進晶片裡
7.1 波導：光的軌道
7.2 四種積木
7.3 為什麼用做電晶片的晶圓代工廠
7.4 解剖一顆光引擎
本章小結

Chapter 8 光的來源──雷射，與那個聰明的外掛設計
8.1 雷射是什麼：會合唱的光
8.2 光源怎麼接進矽晶片：三條路線
8.3 ELS：把光源做成可抽換的電源供應器
8.4 為什麼雷射愛用InP
本章小結

Chapter 9 品質把關──眼圖、誤碼率，與全程的測試
9.1 怎麼讀一張眼圖
9.2 誤碼率：數錯幾個
9.3 兩種敵人：雜訊與抖動
9.4 測試三大工具，與全程相伴
本章小結

Chapter 10 產業地圖──六段接力，誰站在哪一段
10.1 產業鏈全景：六段接力
10.2 國際格局：兩種姿勢，一張名單
10.3 聚落的位置：臺灣落在六段的哪幾段
10.4 機會，與該補的課
本章小結

Chapter 11 未來十年──光，還要往哪裡搬
11.1 三條演進線
11.2 新物種：光學線路交換（OCS）
11.3 光進封裝之後
11.4 給讀者的三條入場路徑
本章小結

Chapter 12 全書總覽──一頁看懂，一個bit的旅程
12.1 一頁大圖
12.2 十一句話，一整本書
12.3 全書的取捨帳本
12.4 出發
寫在最後

附錄　中英名詞對照

推薦序‧穿透技術的高牆，看見光電交織的真實魅力／劉柏村
推薦序‧切入矽光子領域的重要起點／張國恩
推薦序‧讓看不見的光，成為看得懂的世界／傅建中
自　序‧把看不見的光，說成看得懂的故事

Chapter 1 為什麼機房裡到處是光──AI時代的連線焦慮
1.1 一座AI工廠的資料流
1.2 銅的極限在哪裡
1.3 光贏在哪三件事
1.4 本書怎麼讀
本章小結

Chapter 2 光的基礎，五分鐘版──四個詞看懂全書
2.1 光是一種波：用波長量它
2.2 dBm是音量，dB是隔音牆
2.3 光纖怎麼把光關在裡面
2.4 0和1怎麼寫到光上
本章小結

Chapter 3...