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為何大規模 AI 資料中心優先選擇「多模」而非「單模」？
隨著 AI 資料中心規模持續擴張，光學互連 (Optical Interconnect) 的設計變得日益重要。其中一項關鍵的技術決策，在於應採用多模 (Multi-mode) 還是單模 (Single-mode) 光纖架構。
RVi 選擇聚焦於針對大規模 AI 應用的多模 VCSEL 系統。此決策深植於光學物理、可製造性以及對位容差 (Alignment Tolerance) 的考量。
光學物理：光展量 (Étendue) 與光耦合
在光學系統設計中，「光展量 (Étendue ,ε) 是一個基本概念，用以描述光在發光面積與發散角上的「擴散程度」。
它遵循以下守恆定律：
其中：
- A = 發光面積(emitting area)
- Ω = 發散角(divergence angle)
此乘積定義了光源能有多少光量被高效地轉移至光纖中。
多模光纖(Multi-Mode Fiber)
- 芯徑(Core diameter): ~50 μm
- 數值孔徑(Numerical Aperture (NA)): ~0.22
- 特點： 具備較大的光展量容納能力。 這使得 VCSEL 發出的大部分光線都能高效耦合至光纖中。
單模光纖(Single-Mode Fiber)
- 芯徑(Core diameter): 5–9 μm
- 數值孔徑(Numerical Aperture (NA)): ~0.13
- 特點： 光展量極小。 這限制了可接收的光量，且需要極其精準的對位。
製造與對位容差(Manufacturing and Alignment Tolerance)
在大規模 AI 基礎建設中，「可製造性 (Manufacturability)」是成功的關鍵。
多模系統 (Multi-mode Systems) 的優勢：
- 對位容差： 可放寬至 ±10 μm
- 對位方式： 具備實施「被動對位 (Passive Alignment)」的可能性。
- 量產技術： 可採用具擴展性的射出成型 (Injection Molding) 或玻璃模造透鏡 (Glass Master-mold Lens) 加工技術。
單模系統 (Single-mode Systems) 的挑戰：
- 精度要求： 需達到±0.5 μm 的極高對位精度。
- 機械控制： 需極其嚴密的機構控制。
- 組裝成本： 組裝製程成本顯著提升。
若要在單模系統中達成 >85% 的耦合效率，對位偏差必須控制在近乎顯微級的範圍內。
為何這對 AI 資料中心至關重要？
大規模擴張（Scale-up）的 AI 架構對以下維度有著嚴苛要求：
-
高頻寬密度 (High Bandwidth Density)
-
可靠的光學耦合 (Reliable Optical Coupling)
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具備量產規模的可製造性 (Manufacturable Volume Production)
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具成本效益的部署方案 (Cost-effective Deployment)
基於 VCSEL 的多模系統在「效能」與「擴展性」之間取得了務實的平衡，使其成為次世代 AI 基礎建設的理想選擇。