台積電在甫落幕的北美技術論壇上，正式宣示跨入矽光子技術。資深副總暨副共同營運長張曉強於論壇上秀出未來矽光子的變化藍圖，表示為達到更高速的訊號傳輸和頻寬，「未來你必須更早將電子轉換為光子。」
矽光子是光通訊領域的一環。光通訊自2000年網際網路泡沫化後，沉寂近20年，直到AI的橫空出世才再度化身焦點。光電科技工業協進會（PIDA）資深產業分析師林穎毅就指出，矽光子市場成長的主要原因，來自於全球對AI訓練的需求。
一般的電路板上，布滿許多由銅線製程的電路，電子便會循著這些銅製電路行走傳遞訊號，矽光子則是改由「光子」取代大部分的電子訊號。由於光子速度比電子快，又較不易產生熱能，能使晶片在處理大量AI數據時有更好的功耗表現及散熱效果，既符合淨零碳排趨勢，也有機會為企業降低成本。
根據研調機構MarketsandMarkets統計，至2028矽光子市場將高達50億美元（約新台幣1,608億元）。隨著矽光子成為近期市場顯學，然而在技術持續發展的狀況下，什麼才是擁用有高度AI含量的矽光子技術呢？
3階超速進化中，拚活用3D封裝
為製作出更強大的晶片，半導體業界的想法是，只要讓電子訊號更早轉成光子訊號，傳輸自然會更快。從這個觀點來看，現有的光通訊技術能大致分為3階段，重點都在減少電子的傳輸，增加光子走的距離。
現存的Level 1應用是可插拔式的「光收發器」，能直接插在伺服器後方，待電子訊號走到尾端經過光電轉換模組後，轉換成光訊號。這項作法行之有年，業界高層表示：「如果只會做這個，不能稱作是沾上AI色彩的矽光子供應商。」
來到Level 2，為縮短電子和光電訊號轉換模組的距離，便是將晶片與光電訊號轉換模組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「共同封裝光學（Co-Packaged Optics，CPO）」。
CPO的好處在於，電子一出發就會進入訊號轉換處變成光子，不必等到伺服器尾端才做轉換，縮短了電子走銅導線的距離，後段則全都經由光子進行傳送，不僅能減少熱能產生，也可以推升速度。
到了Level 3，就是活用3D封裝的時刻。日商駿河精機技術長暨副總經理游昆潔表示：「我們現在看到的大概都是把電子電路（EIC）放在光子電路（PIC）上面。」簡單來說就是將負責光、電2種不同的晶片堆疊，做出更小、距離更短且傳送訊號更快的晶片。
從張曉強近期公布的數字來看，可插拔的光收發器的功耗約1500瓦，但若採CPO封裝技術，能將功耗降低至約為850瓦，近乎原本的2分之1。游昆潔透露，矽光子的實現並沒有想像中遙遠。光是在2025至2026年，CPO就會開始量產；至於會用到3D封裝版本的解方，目前還較無明確時程。
前景看似光明，然而林穎毅表示：「一般在光通訊市場裡，訂單能拿到『K（百萬）』就已經算很多；但如果是半導體，通常都會是『 KK（千萬）』起跳。」這意味若矽光子市場總量，必須大到能壓低成本，才會有更多被採用的可能。
傳輸快還要更快，4大市場等它放閃
那麼，矽光子的需求究竟在哪裡呢？日商駿河精機營業經理游智閔指出了4大領域。
首先，就是AI所帶動的矽光子需求，更快的傳輸速度與節能將是未來的標配。
其次則是醫療相關的穿戴式裝置。以血糖測量為例，透過光訊號的測量，能讓儀器無須接觸皮膚，並獲得更準確的數據。
第三，是自駕領域，聚焦於車與車之間的訊號傳輸和溝通，未來有機會透過光子來進行。最後，則是來自各國的軍事需求。
不過，矽光子則是電與光的結合，牽扯到2種不同領域的知識，加上想將手伸入市場的企業不乏半導體和光學大廠。換句話說，傳統半導體廠在技術開發上不一定占上風，「過去半導體相關的台廠，不見得都能吃得到。」一名產業人士如此觀察。
此外，還須透過異質整合將光、電2種元素封裝在一塊，究竟是「電整合光」還是「光整合電」仍是未知數。
一名第三類半導體高層就直言：「兩邊講的語言太不一樣了。」林穎毅認為，最終還是需要看客戶的需求、代工廠對廠區的投資程度，以及材料、設備的發展等而定，這些「還有很多的變動空間。」
單以晶圓代工而論，台積電的對手還包含英特爾（Intel）和格羅方德（GlobalFoundries）。鮮少人注意到，在後摩爾時代，增進晶片效能的方法除持續微縮晶片，另一個即是光電整合。
2018年，格羅方德便放棄7奈米製程，轉往矽光子發展，並推出「GF Fotonix」矽光子製程平台，將射頻晶片（RF）、光子和邏輯晶片整合在一起，「他們很早就開始布局了。」林穎毅說。目前，格羅方德正與思科（Cisco）合作開發資料中心互聯（interconnect）晶片。
英特爾則早在2009年便踏入矽光子領域，雖然它在去年將光收發模組的業務出售，但仍持續深耕矽光晶片的通訊技術。英特爾近期也推出與CPU共同封裝的「OCI（Optical Compute Interconnect）光學I/O晶片」，藉以滿足即將到來的AI需求。
台積拚CPO整合、日月光喊組台灣隊
台積電提出的光電整合解決方案稱為「COUPE（Compact Universal Photonic Engine）」，從小型可插拔式光收發器開始，逐步在2026年完成CPO的整合，「光子相較電子，在訊號傳輸或溝通上能表現得更好。」張曉強說。
發展矽光子有助於延伸摩爾定律壽命，也可鞏固台灣在全球的半導體地位。日月光執行長吳田玉也呼籲，台灣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。」
不過，供應鏈一致認為，最終還是要看諸如輝達（NVIDIA）和博通（Broadcom）等矽光子領導大廠如何定義規格和應用，台廠也須盡早做好準備，延續「美國大廠出題、台廠接招」的商機。「終端規格還未確定，大家都在邊做、邊定義。」游智閔說。
責任編輯：謝宗穎
