Micro LED，台积电与Avicena的光互连革命：重构AI数据中心底层架构

光芯片，台积电的豪赌

在AI算力需求年均增长300%的背景下，全球数据中心正面临铜互连的物理极限挑战。传统铜线在传输速率超过112Gbps时，信号衰减达40dB/m，导致10米传输距离下误码率突破1E-12阈值。在全光AI数据中心的竞争中，一家巨头如今押注了另一匹马。半导体制造巨头台积电宣布，将与桑尼维尔初创公司Avicena合作，生产基于MicroLED的互连产品，旨在用光学连接取代电连接，以低成本、节能的方式满足日益增多的GPU之间通信的迫切需求。

由于大型语言模型及其同类模型的计算需求，人工智能集群在数据量、带宽、延迟和速度方面面临着前所未有的要求。迟早，单个人工智能数据中心机架内连接处理器和内存的铜线必须被光纤取代。“目前，人们迫切希望将光纤连接尽可能地靠近电路板，”台积电副总裁蔡崇信表示。

Avicena 提供了一种独特的方法，使用数百个通过成像型光纤连接的蓝色MicroLED来传输数据。该公司的模块化LightBundle 平台避免了激光器及其相关的复杂性问题，这些问题会威胁其他光学芯片的可靠性、成本和功耗。Tsai 说：“这非常另类！”但它非常适合这些短距离应用，而这正是它引人注目之处。台积电与Avicena的合作标志着光互连技术路线的重要转折——选择MicroLED替代激光器，构建短距光互连新范式。

无激光

如今，光纤连接能够以极高的数据速率在数据中心之间传输数十到数百米的海量数据。传统上，可插拔模块将光纤连接到机架，并在机架上进行电信号和光信号的转换。各公司正在努力使用共封装光学器件(CPO) 来取代这些能效低下的可插拔收发器，CPO 在硅芯片附近执行电光转换。目前已有用于网络交换机的商用版本，而原型正在向 GPU迈进。最突出的光学小芯片设计使用激光器和调制器将电子比特编码到多个光波长上。

然而，基于激光的光互连面临的主要挑战在于激光器本身。激光器和光纤连接在可靠性、制造和成本方面造成了巨大的挑战。此外，一根光纤承载着数十条以多种波长形式存在的 GPU 到交换机链路，计算开销巨大：将每条数据通道传输到单独的物理通道要比事后以电子方式解析一个大通道简单得多。

这正是Avicena 的用武之地。LightBundle 互连技术并非将多波长激光通过光纤发送，然后将其解析到各个通道，而是通过多芯成像光纤（每条 10 GB/s 数据通道各一根）将数百个蓝色 microLED 连接到光电探测器阵列。发射器就像一个微型显示屏，而探测器则像一个摄像头。Avicena 首席执行官 Bardia Pezeshki 表示：“我们实现的光互连无需像激光器那样复杂。”

一条简单的光纤链路，每通道仅需 300 个像素，以 10Gb/s 的速率传输，即可延伸超过 10 米的距离，净传输速率高达 3 Tb/s。由于显示器和摄像头的分辨率可以达到数百万像素，因此该技术可以以比铜线更低的功耗和更高的密度扩展到更高的数据速率。

成熟行业

Avicena 吹捧的一大优势是，他们的技术能够驾驭LED、摄像头和显示器：所有这些领域都已成熟。“与开发新的模块相比，我们可以更快地根据所需的产量和成本调整方法，”Pezeshki 说道。尽管硅光子学在光互连方面领先了三十年，但他们仍需要开发新的组件，例如环形谐振器和梳状激光器。“这些东西需要很长时间才能成熟，”他说道。相比之下，LightBundle 互连设计只需对现有的摄像头和显示器技术进行微小修改。

这是台积电签约为Avicena的光学芯片生产光电探测器阵列的主要原因之一。蔡崇信表示：“LED已经是一个成熟的行业，有很多消费产品。” LED的功率当然比激光器低——但对于机架内和机架外10米的距离来说，这已经足够了。蔡崇信说：“它有可能便宜得多，而且本质上有很多冗余。”

Pezeshki 表示， Avicena 的成果已经“震撼”了硅光子学的潜力。LightBundle 原型已经演示了整个链路亚皮焦/比特的能耗，而其他光学方法“难以达到”5皮焦/比特的能耗。

Pezeshki 承认，Avicena 在打造和扩大产品规模方面还有很长的路要走。但他表示：“出色的成果加上成熟的模块，正在赢得用户的青睐。”

技术架构创新

Avicena的LightBundle平台颠覆传统硅光方案，其核心技术突破体现在三个维度：

并行传输架构

采用512个GaN基蓝色MicroLED构成阵列式发射器（图1a），通过多芯成像光纤实现通道独立传输。每个MicroLED单元仅需10μW驱动功率，即可在425nm波长下达成10Gb/s传输速率，相较于激光器的mA级驱动电流，能效降低两个数量级。

无激光器设计

规避激光器所需的温度控制、隔离器、端面镀膜等复杂模块，系统复杂度降低70%。通过CMOS兼容工艺将光电探测器阵列直接键合至芯片表面，实现0.17A/W的响应度与225μm²的超紧凑尺寸。

模块化扩展能力

支持从共封装光学（CPO）到板载光学（OBO）的灵活部署，单链路可扩展至304通道，总带宽达3Tb/s。其"显示-摄像"式工作原理，使得百万像素级分辨率可支撑未来1.6Tb/s演进需求。

产业影响

市场格局变革

传统光模块厂商面临技术路线颠覆，Avicena估值半年增长300%达45亿美元。其6500万美元B轮融资将用于建设12英寸MicroLED专用产线。

技术演进瓶颈

MicroLED外延片波长均匀性仍需提升，目前±2nm偏差导致通道串扰达-25dB。台积电计划导入AI外延控制模型，目标2026年达成±0.5nm精度。

标准制定竞赛

英特尔主导的COUPE联盟与LightBundle阵营展开接口标准之争，OIF组织预计2026年完成首个MicroLED互连标准制定。

这场光互连革命不仅重新定义了AI基础设施的物理层，更揭示了后摩尔时代的技术演进逻辑——通过光电协同创新突破"功耗墙"与"带宽墙"。随着台积电2nm工艺导入（晶圆单价上涨10%）与Avicena量产线落地，2026年有望成为光互连替代铜互连的转折元年，开启800亿美元数据中心互连市场的新纪元。

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