AI交換器功耗跨過1,500瓦就要液冷！博通揭CPO、封裝與散熱三大瓶頸

AI交換器頻寬每一代倍增，但先進製程帶來的電晶體速度增益已不足以抵銷互連、封裝與熱密度壓力。博通（Broadcom，NASDAQ：AVGO）核心交換器事業群資深副總裁暨總經理Asad Khamisy 2日在SEMICON Taiwan 2026大師論壇表示，Tomahawk 6交換器功耗約1,500瓦，現階段客戶仍可採氣冷；下一代產品若跨過1,500瓦，就必須轉向液冷，光靠製程微縮已無法解決頻寬翻倍所帶來的電力與散熱問題。

Khamisy指出，交換器從5奈米走向3奈米、2奈米時，電晶體速度最多約提升15%，但金屬層與晶片內互連並未等幅改善，電阻與電容甚至持續惡化。當交換頻寬要增加一倍，設計端往往必須增加近一倍導線與互連規模，封包緩衝記憶體的讀寫量也同步倍增，使互連複雜度、功率密度與散熱壓力快速上升。

為降低高速I/O功耗，博通將共同封裝光學（CPO）導入交換器封裝。Khamisy表示，相較可插拔光模組，CPO在I/O端可降低約70%功耗；採用Tomahawk 5 CPO的運行資料，累計約5,000萬小時未發生Link Flap，顯示光學元件放入封裝後，可靠度不必然低於可插拔方案。

但CPO仍有三項量產挑戰。首先是光子裸晶與電子裸晶的連接節距約30至40微米，不論使用微凸塊或混合銅鍵合，重佈線層的訊號完整性都更難控制；其次，封裝回焊至主機板時不能預先掛著光纖，產業必須建立可插拔、可拆卸的光纖連接方式；第三則是製造自動化與良率，從貼合、加蓋到檢測都要能在大量生產下維持一致性。

博通Tomahawk 6 Davisson CPO已開始提供客戶，規劃明年進入量產。該產品以1,024條光纖傳輸資料，另以128條光纖導入雷射。隨交換器通道數增加，封裝面積持續擴大，博通也把光學或銅纜連接器移到高密度互連板，再以壓接方式連至主封裝，降低大型封裝直接整合所有元件所帶來的良率風險。

Scale-up網路若從單一機櫃的36或72顆XPU，擴大至1,000至2,000顆，銅線約2至3公尺的傳輸距離已不足以連接多個機櫃。Khamisy表示，直接連接銅纜功耗約每位元7皮焦耳、距離約2公尺；主動式銅纜可延伸至約5公尺，但功耗升至14皮焦耳。整合式光學運算互連（OCI）則可把距離推至約500公尺，功耗低於每位元10皮焦耳；CPO功耗約17皮焦耳，但可延伸至約2公里。

交換器封裝本身也同步朝更大的X、Y尺寸與3D堆疊發展，不同矽晶片、基板、中介層與裸晶的熱膨脹係數不一，翹曲、訊號完整性及供電電流均逼近材料與結構限制。Khamisy表示，產業過去20年靠持續降低熱阻，抵銷功耗從數百瓦升至數千瓦的影響，但在1,500瓦之後，散熱方式必須改變。 （相關報導： SEMI大師論壇》AI資料中心把記憶體推向缺貨！美光：HBM、DDR與SSD需求同升，邊緣裝置又來搶產能 ｜ 更多文章 ）

這意味AI網路的下一波競爭，不只是交換晶片能否做到更高Tbps，也包括光學介面能否量產、先進封裝能否控制翹曲與良率，以及液冷系統能否承接更高功率。製程微縮仍是基礎，卻已不足以單獨支撐頻寬翻倍，CPO、封裝與散熱將共同決定下一代AI交換器何時能大規模部署。