為何矽光子是未來半導體重要技術？落後的台廠急起直追 解析「何謂矽光子」？
【記者蕭文康／台北報導】工研院上周在「生成式AI驅動科技產業創新與機遇系列研討會」指出，目前矽光子技術的發展，以美國的通訊設備以及IC製造業者速度最快，競爭力不容小覷，而台灣晶圓代工業者則正在急起直追，隨著矽光子技術的逐漸受到重視，台灣IC製造業者一直以來擅長於邏輯IC當中的電訊號處理，對於光學結構的設計與製作的發展時程與經驗，仍有持續進步的空間。《知新聞》解析什麼是矽光子？及其重要性？
什麼是矽光子？
日月光在其官網上解釋，「資料傳輸在高效能運算應用中變得越來越重要，而傳統的銅線受到頻寬、距離和功率需求的限制。矽光子是一種很有前途的替代銅線的技術，它提供更大的頻寬、更長的傳輸距離和更好的能源效率。」
矽光子學（SiPh）充當介質，讓光在其中傳播。由於現代半導體技術，矽光子能夠利用現有的互補金屬氧化物半導體（CMOS）生態系統，包括前端和後端製程來實現高密度光子積體電路（PIC）並實現複雜的光學功能（例如：濾波）或調製）在一個緊湊的晶片上以低成本。
與傳統的電子積體電路相比，矽光子技術令人信服地能夠以更高的頻寬和更好的能源效率傳輸數據，而傳統的電子積體電路在高速傳輸數據時可能會遭受嚴重的訊號完整性失真。
矽光子應用面有哪些？
矽光子技術結合了光學通信的高速和矽基電子設備的成本效益，廣泛應用於數據中心、電信網絡和新興領域如量子計算和傳感器技術中。它具有降低功耗、增強訊號速度和提升系統集成度的潛力，被認為是未來光電技術的重要發展方向。
矽光子技術優勢
1.材料優勢：矽材料具有良好的光學性質和電子特性，適合用於光電集成。
2. 高整合度：可以將多個光學元件和電子元件集成在單一晶片上，大幅縮小器件體積。 3
3. 成本效益：利用現有的半導體製造製程，可以大規模生產，降低成本。
總而言之，矽光子技術通過整合光學和電子元件，提供了一種高效、低成本的解決方案，對現代信息技術、通訊和計算產生深遠影響。
台積電矽光子發展最新進度曝光
台積電董事長魏哲家日前在北美技術論壇中揭露台積電在矽光子技術進展上表示，台積電在矽光子整合方面：公司正在研發緊湊型通用光子引擎(COUPETM)技術，以支援AI熱潮帶來的數據傳輸爆炸性成長。COUPE使用SoIC-X晶片堆疊技術將電子裸晶堆疊在光子裸晶之上，相較於傳統的堆疊方式，能夠為裸晶對裸晶介面提供最低的電阻及更高的能源效率。
台積電預計於2025年完成支援小型插拔式連接器的COUPE驗證，接著於2026年整合CoWoS封裝成為共同封裝光學元件(Co-Packaged Optics, CPO)，將光連結直接導入封裝中。
日月光與台積電密切合作
日月光營運長吳田玉去年曾表示，矽光子技術（CPO）在未來5~10年將成為下世代突破點，讓台灣鞏固現有的地位，抓住更多機會，看好全球矽光子最大生產製造基地就在台灣。不過，他強調目前矽光子通訊都是美國人「做莊」，美國投入很多資金，而晶圓代工和封測的龍頭都在台灣，我們有製造優勢，日月光已投入逾13年，日月光與台積電將在矽光子領域緊密合作。
由於矽光子技術讓封測廠（OSAT）與EMS業者的界限趨向模糊，但吳田玉說，日月光具備兩邊的商業模式，將持續在矽光子領域持續努力，與夥伴共同定義商業模式。
英特爾發展矽光子已逾20年
Intel 矽光產品部門是現今矽光子市場產量的佼佼者，晶圓廠自2016年以來，出貨超過800萬顆 PIC，及320萬個以上、內建晶載整合雷射的插拔式光纖收發器模組，並獲得各大超大規模的雲端服務供應商採用部署。
Intel光學運算互連（OCI）是新型的光纖連接裝置，提供每秒多 Terabit 的解決方案，滿足大幅擴充的新一代運算平台和架構所需範圍和能源效率，並支援急遽成長的 AI 基礎結構。
專家指台灣廠商仍有持續進步的空間
工研院產科國際所分析師劉美君認為，建構生成式AI系統所需的資料中心伺服器，目前也正面臨資料量急速攀升，頻寬亟需擴大，而功耗卻暴增的挑戰。為此，以光電整合為基礎的矽光子製造技術，也逐漸成為全球未來IC製造業者發展的重點。
目前矽光子技術的發展，以美國的通訊設備以及IC製造業者速度最快，競爭力不容小覷，而台灣晶圓代工業者則正在急起直追，隨著矽光子技術的逐漸受到重視，台灣IC製造業者一直以來擅長於邏輯IC當中的電訊號處理，對於光學結構的設計與製作的發展時程與經驗，仍有持續進步的空間。相較國外大廠已協同通訊業者投入長期商業化量產開發，台系業者如何藉由與重要客戶的合作，整合光電訊號研發，以切入全球供應鏈，才能有機會在高度競爭的市場中佔有一席之地。
工研院產科國際所分析師張筠苡分析，共同封裝光學（CPO）將光子元件與電子元件整合在同一封裝內，可有效解決訊號損失問題，因而成為下世代封裝技術的關注焦點。綜觀未來，先進封裝技術持續邁向高密度互連，將滿足AI時代資料中心在運算、傳輸和儲存方面的高需求，為未來的科技發展奠定堅實基礎。
