影片|行政院規畫AI新十大建設,發展矽光子等技術!圖解矽光子:原理是什麼?概念股有哪些?
影片|行政院規畫AI新十大建設,發展矽光子等技術!圖解矽光子:原理是什麼?概念股有哪些?

矽光子因有著高效能、低功耗等特點,正迅速成為產業焦點。我國行政院也正規劃推動AI新十大建設,預計4年投入1,900億元預算,推動六大基礎建設(建置超級電腦、雲端資料中心等)及四大技術領域(矽光子、量子與智慧機器人等),目標在2040年帶動15兆元產值,創造50萬個就業機會。

另外,依據Yole數據顯示,全球矽光子(Silicon Photonics)市場規模到2027年將超過50億美元,年複合成長率(CAGR)高達30%,產業普遍認為未來5至10年內,矽光子產業的年複合成長率將達到25%至30%。

輝達2025 GTC大會上,執行長黃仁勳背後大螢幕上,更秀出輝達矽光子生態系的11家供應鏈名單,包括台積電(2330)、鴻海(2317)、日月光投控旗下矽品(2325)及波若威(3163)。天風國際證券分析師郭明錤指出,台積電、宜特、鴻海等在共同封裝光學元件(CPO)領域具領先優勢的台廠,將獲得市場更多關注。

究竟什麼是矽光子?以下圖解矽光子原理:

矽光子是什麼?重要在哪?

AI商機持續發酵,高速傳輸也在加速運算趨勢下成為焦點。矽光子共同封裝技術(CPO)因其高效能、低功耗及小尺寸等特點,是半導體未來的關鍵技術,正迅速成為學術界和產業界的焦點。

台積電董事長劉德音曾指出,矽光子將成為半導體產業的關鍵技術。日月光執行長吳田玉更直言: 「矽光子會是半導體產業5到10年後的突破點。」

矽光子技術在AI與高性能運算的推動下,成為半導體產業的關鍵技術,有望提升運算效能並減少能源損失。

光學廠晶瑞光近期也宣布成功跨足矽光子(SiPh)晶片產品市場,進軍半導體先進封裝領域。晶瑞光指出,運用多膜層的專利光學鍍膜技術加工製程,成功開發了多頻段分光膜和940nm NBPF濾光片產品,縮短生產時間,減少碳足跡,提高了客戶在手機、NB、車載和無人機光達AI無人載具等市場的競爭力。

事實上,IBM以及英特爾(Intel)等大廠早就開始研究矽光子技術,台積電和日月光也投入研發多年。吳田玉認為,台灣目前已擁有製造優勢,若矽光子也著床的話,有助於鞏固台灣當前製造生產鏈的一切。

台積電更指出,目前正在研發緊湊型通用光子引擎(COUPE)技術,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。

工研院在2018年成立「矽光子積體光電系統量測實驗室」,提供8吋與12吋晶圓級光電元件自動化快速檢測
工研院在2018年成立「矽光子積體光電系統量測實驗室」,提供8吋與12吋晶圓級光電元件自動化快速檢測,包括元件設計、製程整合、光學封裝及光電測試技術,串聯國家矽光子上下游產業鏈。
圖/ 工研院

台積電預計2025年完成支援小型插拔式連接器的COUPE驗證,2026年整合CoWoS封裝成為共同封裝光學元件(CPO),將光連結直接導入封裝中。

矽光子聯盟成立!成員名單一次看

看好矽光子技術,由台積電主導的SEMI矽光子產業聯盟(SEMI Silicon Photonics Industry Alliance, SiPhIA)於2024年9月初成軍,接著,工研院偕同台灣光電暨化合物半導體產業協會(TOSIA)也舉辦國際矽光子產業鏈搭橋合作簽署發布會,串接貿聯集團、茂德科技、威世波等接軌國際,搶吃矽光子大餅。

SEMI 矽光子產業聯盟 成員名單如下:

前鼎光電股份有限公司
光程研創股份有限公司
日月光
友達光電股份有限公司
合聖科技
波若威科技股份有限公司
志聖工業股份有限公司
源傑科技
聯鈞光電股份有限公司
富采投資控股股份有限公司
光紅建聖股份有限公司
上詮光纖通信股份有限公司
弘塑科技股份有限公司
鴻海精密工業股份有限公司
立碁電子工業股份有限公司
千才科技股份有限公司
華星光通
聯發科技
汎銓科技股份有限公司
旺矽科技股份有限公司
茂德科技股份有限公司
辛耘企業股份有限公司
矽格股份有限公司
台灣新思科技股份有限公司
台灣積體電路製造(股)公司
世界先進積體電路股份有限公司
穩懋半導體股份有限公司
穎崴科技股份有限公司
惠特科技股份有限公司
眾達科技股份有限公司
廣達電腦
光焱科技
(更多公司陸續申請加入聯盟中)

矽光子原理|如何把電子改成光子?

一般的電路板上,佈滿許多由銅線製程的電路,當中的電子便會循著這些銅製電路前行來傳遞訊號。矽光子則是改由「光子」取代大部分的電子訊號做傳遞,由於光子速度比電子快,又較不易產生熱能,可達到更好的傳輸效果。

要怎麼把電子改成光子呢?實際上現行伺服器的外殼後端,可插入一個光電訊號轉換器模組,可稱為「光收發器」。電子走到伺服器尾端進入這個模組後,訊號就會由電子轉成光子,隨後光子便會沿著如光纖這樣的光波導材料,帶著訊號傳遞出去。

英特爾矽光子元件光纖收發產品
圖中下方的藍色插頭即為光收發器,後端連接著光纖,將電訊號轉換成光訊號後傳送出去
圖/ 英特爾官網

這項技術已存在多年,如今台積電要做的,便是將收發器內負責將光訊號轉成電訊號的模組,和晶片運用先進封裝整合在一起,做成矽光子。像這樣將光電整合模組和晶片封裝在一起的技術,稱之為CPO(Co-Packaged Optics)。

矽光子圖解

矽光子圖解
圖/ 數位時代製作

過去電子會從晶片出發,藉由用銅線走到伺服器尾端的光收發器才轉成光。 做成矽光子後,電子一出發就會進入訊號轉換處變成光子,無需等到伺服器尾端才做轉換,減少電子走銅導線的距離,後段則全都由光子來傳送,讓晶片無論在效能還是功耗上的表現都能進一步升級。

矽光子發展有哪些困難?

然而理想很豐滿,現實很骨感。當前的技術發展僅能做到將光電整合模組移到伺服器內,固定於主機板上。未來台積電和日月光都希望能透過2.5D先進封裝,將晶片和光電整合模組包在一塊,做成真正的矽光子。再下一步,則會將模組疉到晶片上,透過3D封裝將銅線縮到「極致短」。

MIC資深分析師鄭凱安指出,矽光子要普及化還要幾年的時間,未來還有三項困難點需要克服。首先,是如何將光電整合模組成功微型化;其次是訊號轉換的效率問題仍待克服,「因為轉換會造成訊號的損失。」

第三,鄭凱安指出,將來如何佈建矽光子伺服器是一大挑戰,「現在光收發模組是插在伺服器後面,很好安裝;未來到矽光子的時候,光纖壞了就必須要把電路板拆開。」他認為,便攜性是未來矽光子在發展時的一大瓶頸,很可能未來的伺服器供應商會需要一組人馬,專責來做維運。

至於未來的應用場景,鄭凱安點名資料中心、車子、無人機但超大型顯示看板等領域會率先導入。

矽光子發展|台灣應把握優勢,發展矽光子產業鏈

實際上,離矽光子逐步放量還需要數年時間。日月光投入矽光子研發已有13年,吳田玉指出,未來封測廠和電子代工廠兩者之間的界線將趨於模糊,商業模式也需要持續觀察。

吳田玉表示,目前矽光子多半還處於研究階段,未有實際產品出現,「現在矽光子真正著床在通訊的都是美國人。」

日月光 吳田玉
日月光執行長吳田玉近日開課,表示台灣應把握半導體的產業優勢,積極發展一條龍的矽光子產業鏈
圖/ 簡永昌攝影

發展矽光子有助於延伸摩爾定律壽命,也可鞏固台灣於全球的半導體地位,吳田玉呼籲,台灣有相當好的研發條件,半導體產業必須聯手投入,「大家一起來談,把這個(矽光子產業鏈)慢慢成形,不要到最後被整碗端走。」

延伸閱讀:【觀點】矽光子是什麼?真正的矽光子概念股有哪些?圖解矽光子原理

責任編輯:錢玉紘

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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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