「過去50年來，半導體發展像是在隧道中行走，明確遵循摩爾定律的路徑前進⋯⋯但現在我們已經走到隧道出口，準備迎接隧道外存在的更多可能性。」這是前台積電董事長劉德音在2023年SEMINCON TAIWAN上對半導體產業未來的預示。
劉德音究竟在預示什麼？不妨想像一下，走出隧道，迎面而來的是一片光明，也就是現在最熱門的「矽光子」（Silicon Photonics）。
生成式AI問世後，晶片要處理的資料量陡然增加，電子傳輸面臨速度瓶頸與高熱耗等物理限制，矽光子以光訊號取代電子，具備高速、低延遲、低功耗等優勢，然而矽本身難以發光，要將光子元件與電子元件整合在一個晶片上有不少技術困難，成為當前量產的挑戰。
美國矽光子獨角獸Ayar Labs，罕見獲得3大巨頭NVIDIA、AMD Ventures和Intel Capital同時投資，就連台積電的子公司也赫然在投資名單上。Ayar Labs在2025年正式於台灣新竹設立辦公室，開啟與台積電、日月光等半導體廠商更深度的合作，力求解決矽光子的技術挑戰。
Ayar Labs共同創辦人暨執行長Mark Wade在《創業小聚》專訪中，提到了Ayar Labs的技術秘密、對台灣市場的佈局策略，以及為何能在10年前，就預見矽光子的崛起。
「矽晶片的物理極限遲早會到！」Ayar Labs如何預見矽光子的崛起？
「我一直都知道晶片遲早有一天會碰到物理極限，沒想到是AI推了一把。」Mark Wade笑著坦白，2015年公司成立之初，根本沒想過矽光子技術會不會成真，也不知道自己在做的事情是否有實現的一天，只是單純想解決高效能運算（HPC）中資料傳輸極限的問題。
Ayar Labs的起點是2011年一組由麻省理工學院、加州柏克萊大學和科羅拉多大學所組成的研究團隊，他們的研究目標很單純：當晶片運算極限到了之後，該怎麼突破？
他們發現：雖然運算能力持續快速擴展，但電子通訊的連接性、記憶體頻寬的擴展速度卻無法跟上，要突破電子通訊的物理限制，就是需要「光」。
光學傳輸並不是新概念，現在常見的光纖網路就是以光作為傳輸媒介，然而要把光放進晶片中就存在不少挑戰。「矽光子晶片」的想法從1990年代末期被提出後，至今都還在技術突破的路上，而Ayar Labs對科研能力深具信心，為了加速技術實踐，團隊走上創業這條路，並搬到新創重鎮舊金山。
儘管矽谷的崛起是因為矽晶片半導體，在2010年代，這類硬體製造的深科技（Deep Tech）創業卻不是那麼吃香。創業頭3年，Ayar Labs被上百個投資人拒絕過，Mark Wade和團隊也曾思考，繼續堅持到底有沒有價值，但是打從在研究室開始，他們一直深信物理極限是必須要面對的一道牆，「我們對自己在做的事情，有很強烈的信仰。」Mark Wade說。
沙丘路、舊金山、半島地區、帕羅奧圖、山景城，早上9點到傍晚5點，Mark Wade穿梭於這些地方不斷找投資人，5點過後到半夜，則是屬於團隊的「晶片時光」，日以繼夜、夜以繼日，「那是一段印象深刻又難以置信的時光，回想起來也不知道自己當初怎麼辦到的，我們甚至為了讓投資人聽懂我們的想法，還刻意不在簡報上提到『矽光子』這個詞，」Mark Wade笑著說，「現在這當然是buzzword（熱門用語），但在當時有點太劃時代了。」
最終，第一個向Ayar Labs拋出橄欖枝的，是PayPal共同創辦人彼得提爾所成立的Founders Fund，隨後Playground Global在2018年領投了Ayar Labs的A輪募資，團隊終於擁有加速研發的資本。
Mark Wade表示，儘管這是團隊的里程碑，不過僅僅數百萬美元的金額，在半導體產業研發中如九牛一毛，所以團隊非常謹慎地運用這些資金。Ayar Labs在辦公室裡架設了第一批電腦輔助設計伺服器（CAD server），並且設計出團隊的第一個矽光子晶片，開啟矽光子應用的大門。
Ayar Labs矽光子技術的兩大武器：光學晶片和雷射模組
Ayar Labs的矽光子晶片，指的是整合了光學元件和先進節點的「光學晶片」（optical chiplet），負責晶片之間光子訊號的傳輸，而另一個產品則是「雷射模組」，負責發出光訊號，兩者相輔相成。
簡單來說，過去晶片和晶片之的傳輸依賴銅線傳輸電子訊號，但是隨著傳輸資料量越來越大，銅線的傳輸效率已經無法負荷，而且還會產生熱能導致電子訊號遺失，因此才需要轉用更快、更低功耗的光子。
然而，以矽為原料的晶片本身並不會發光，Ayar Labs的「雷射模組」便承擔了這個任務，下一步則是怎麼讓這些光訊號在晶片之間順利運行，這就需要「光學晶片」的幫忙。
Mark Wade解釋，這顆光學晶片本身是一塊矽晶片，上面佈滿了光子元件，晶片一旁則密集整合了先進製程節點的矽元件，例如電晶體和CMOS（互補式金屬氧化物半導體）等，和GPU、CPU等晶片相互運作，而這顆光學小晶片將會放在GPU封裝、CPU封裝內，有了光源以及光訊號傳輸的管道，矽光子晶片就此誕生。
Ayar Labs的核心技術存在於「光學晶片」上。團隊長期關注晶片與晶片（chip-to-chip）之間的光學連接技術，自行研發設計元件、製程整合、光子電路設計、電子電路設計以及電光學架構，「所以我認為在頻寬、能源效率、低延遲等方面，我們擁有目前其他公司都沒有的產品成熟度。」Mark Wade說。
不過這當中的最大挑戰，是在量產製造和市場需求上。晶片大廠如Intel、NVIDIA的規格、應用需求，都會左右Ayar Labs的晶片設計。隨著AI爆發，Ayar Labs從2018年開始將產品應用的重心放在AI領域上，ChatGPT的出現更讓他們的矽光子高效能運算解決方案受到市場矚目，陸續獲得格羅方德（Global Foundries）、Intel、NVIDIA的投資，Ayar Labs得以第一線接觸市場需求。
另一方面，由於光學元件屬於化合物半導體供應鏈，晶片則屬於先進製程導體供應鏈，如何將兩個屬性完全不同的晶片順利整合、保持光訊號轉換的穩定性，甚至後續進入到封裝測試，就需要和所有供應鏈保持緊密合作，這正是Ayar Labs來到台灣的原因。
台灣，仍然是半導體重鎮不二人選
Mark Wade表示，「雷射模組」的製造涉及到磷化銦或砷化鎵等材料的化合物半導體供應鏈，而台灣在這方面擁有相當強大的生態系，至於先進製程與封裝等，台灣更是世界第一。實際落地台灣，就是為了加速技術驗證與後續量產。
「我們稱之為『開發產品的學習週期』，」Mark Wade笑著說，「我們總不可能遠在美國辦公室裡吹冷氣，就知道晶片的可行性，所以必須更接近製造所在地。」
儘管近期川普的政策、對中國的態度，以及愈演愈烈的地緣政治，都讓台灣成為一個高風險的國家，Mark Wade認為台灣在半導體技術方面還是無可取代的絕對核心，「要量產矽光子和共同封裝光學元件，絕對還是需要台灣的幫忙，這不是一個困難或需要猶豫的抉擇。」
2025年初Ayar Labs已經在新竹設立辦公室，計劃在台灣招募包括營運、製造、工程師等人才——當然，Ayar Labs也面臨激烈的人才競爭，NVIDIA、AMD甚至台積電都是競爭者，不過Mark Wade並不擔心：「矽光子領域的人才並不多，而我們正在建立可能是『一生才會發生一次』的技術典範轉移，我想這難得的機會將能吸引更多人才加入。」
責任編輯：李先泰
