AI時代下,對於算力與高速傳輸有更大需求,隨著晶片製程微縮接近物理極限,「由電子轉為光子傳輸」的矽光子技術成為突破點,其中 「CPO共同封裝光學」 近年格外受到關注。
其中,光收發模組是實現光電轉換的核心元件,國內最大的光纖被動元件代工廠波若威(3163)在3月18日法說會指出,該公司布局CPO,預計今年下半年完成驗證、小量出貨,明年開始量產;消息也帶動「CPO概念股」波若威、上詮近期股價上揚。業界也傳出「隱藏版輝達CPO概念股」,包括訊芯-KY(6451)、富鼎富(8261)、穩懋(3105)等。
雖然台積電董事長魏哲家曾表示,台積在CPO方面要達到量產階段貢獻營收,仍需1年至1年半以上。然而根據Digitimes報導,由於CPO發展腳步加快,市場傳出,試量產線2025年啟動小量出貨,有機會推動2026年下半出貨,進入里程碑。
報導指出,在CPO的三大組成結構中,台積電將可由先進封裝SoIC技術來整合積體電路(EIC)以及積體光路(PIC),使用矽中介層進行晶片連接。若順利完成驗證後,製程生產問題可望大致解決。
而究竟CPO是什麼,重要在哪?台積電有何佈局?CPO的供應鏈又分成哪些環節,主要有哪些概念股?以下《數位時代》帶你一次搞懂。
CPO定義|共同封裝光學是什麼?
電路板上一般佈滿許多銅線電路,電子穿梭於其中傳遞訊號,而為因應AI資料中心的高速傳輸需求,矽光子(Silicon Photonics)技術以光子取代電子在矽晶片上傳遞訊號,由於光子速度更勝電子,並較不易產生熱能,具有更佳的傳輸效果。
然而,矽光子因為涉及多種光電訊號轉換,研發門檻非常高,難以一蹴可幾,針對「光電訊號轉換模組」擺放的架構,主要可分成4個技術迭代進程:
可插拔光收發器 (Pluggable Transceiver):業界長年採用的方式、價格低廉,透過在伺服器邊緣如「USB」般裝上光電訊號轉換器,電子在其中轉換為光子,隨後沿著光纖傳遞出去,但目前不足以滿足AI傳輸需求;
載板光學封裝 (On-Board Optics, OBO):將光電轉換模組移到伺服器內的PCB載板上,縮短電子的傳輸路徑,減少訊號耗損及延遲,現階段已可量產;
共同封裝光學 (Co-Packaged Optics, CPO):本文探討的主角,經由把光電轉換模組放在IC載板上,讓光電轉換模組更接近CPU、GPU等晶片,將光子積體電路(PIC)和電子積體電路(EIC)整合在同一封裝中 ,為業界近年努力發展的方向;
光學輸出/輸入 (Optical I/O):採3D封裝,把光電轉換模組疉到晶片上方,使傳輸電子的銅線縮到最短,有待未來技術突破時實現。
上述不同的光電整合架構,依序對應到不同的資料傳輸能力,根據日月光官網資料,可插拔光收發器可支援100/400/800G的資料傳輸,載板光學封裝高為800G及1.6T(1,600G),CPO為3.2T(3,200G)至12.8T(12,800G),光學輸出/輸入則是6.4T(6,400G)、12.8T及以上。
CPO領域持續成長中,摩根史坦利(Morgan Stanley)1月中發布的AI供應鏈報告指出,全球CPO市場規模預估將由2023年的800萬美元,成長至2030年的93億美元,年複合成長率(CAGR)達172%,其中IC設計大廠輝達、博通(Broadcom)、邁威爾(Marvell)是CPO晶片設計的主要領導者。
摩根史坦利並預期,輝達Blackwell下一代的Rubin平台、以及NVL伺服器機架系統,在導入CPO擁有更高的能見度,且每個系統內有更高的CPO使用比例,預計至2027年將占全球CPO需求的75%。
台積電CPO技術「COUPE」今明年將有所進展
在矽光子領域,台積電正在研發「緊湊型通用光子引擎」(Compact Universal Photonic Engine, COUPE)技術,合作夥伴包括工程模擬軟體廠安矽思(Ansys)、EDA軟體與工程服務廠新思(Synopsys)及益華(Cadence)等。
根據台積電於2024年北美技術論壇的介紹,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,能夠達到最低的電阻及更高的能源效率。
台積電預期在2025年完成小型插拔式連接器的COUPE驗證,接著於2026年將其作為CPO元件整合到CoWoS封裝中,將光連結直接導入封裝中。
COUPE的能見度排至2028年
天風國際證券分析師郭明錤1月於網路平台表示,COUPE是台積電目前新興技術中最受重視者,該趨勢的能見度足以看到數年後。
他並分析COUPE的開發時程,2024年第4季已確定第一代產品規格並開始送樣,2025年至2026下半年將進行量產驗證,並於2026下半年量產;第二代產品規格則預期於2026年上半年確定並開始送樣,2026上半年至2027下半年量產驗證,並於2027年第4季至2028年第1季量產,兩代產品的關鍵差異在於性能升級、提升光耦合效率與改善量產性。
在客戶方面,郭明錤預期台積電第一個採用COUPE的主要客戶,可能是近年來積極採用SoIC、2奈米等新技術的超微(AMD),至於輝達,2027年底量產的Rubin Ultra較有可能是首個採用COUPE的輝達產品。
CPO概念股|磊晶、光收發模組、設備及封測廠等供應鏈
總觀CPO產業鏈,在以台積電為首的晶圓代工之外,主要涵蓋磊晶製造、光收發模組、交換器以及封裝測試等業者,以下分別介紹:
磊晶製造
磊晶製造是CPO的上游,通常採磷化銦(InP)生產晶圓基板,製成雷射元件發射出光訊號,具一定的技術難度,聯亞(3081)、全新(2455)、英特磊IET-KY(4971)為相關供應商。
光收發模組
光收發模組是實現光電轉換的核心元件,此領域有許多業者競逐,包括身為台積電合作夥伴、掌握光纖陣列單元(FAU)等關鍵技術的上詮(3363);國內最大的光纖被動元件代工廠波若威(3163),近年也投入FAU開發。
眾達-KY(4977)專攻高速光收發模組設計與製造,為博通多項光通訊產品的獨家供應商;華星光(4979)專注於光通訊主動元件的生產,則是邁威爾協力廠。
交換器
在AI伺服器中,交換器(Switch)在資料的高速傳輸扮演重要角色,相關台廠包括網通廠智邦(2345)、明泰(3380)等。
封裝測試
封裝測試是CPO的中下游,以確保產品的性能與可靠性,封測相關廠商包括日月光投控(3711)、台星科(3265)、矽格(6257)、聯鈞(3450)、鴻海旗下訊芯-KY(6451),以及測試介面廠旺矽(6223)與穎崴(6515)等。
延伸閱讀:白話科技|EDLC超級電容是什麼?輝達GB300為何需要它?概念股一次盤點
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:李先泰