同樣以矽製程為基礎，積體光學的傳輸效率遠勝積體電路，在台積電的號召之下，積體光學的廣泛應用潛能，已經成為下一個世代的傳輸新顯學！

文／吳旻蓁

近來光通訊類股可以說是台股中最為強勢的族群之一，市場除了期待台積電（2330）因看好矽光子發展，可望於法說會上釋出利多消息外，十月二十三至二十五日亦即將迎來台北國際光電大展（OPTO Taiwan），都為矽光子概念股增添上漲動能。今年的台北國際光電大展，以「前瞻技術」為主題，聚焦於光電產業的創新技術與最新成果。其中，矽光子／全光網路與光電檢測預期將為本屆展會的亮點之一。

科技大咖齊看好矽光子發展

回顧今年三月的SEMICON Taiwan，時任台積電董事長的劉德音就指出，矽光子將成為半導體產業的關鍵技術；日月光投控（3711）營運長吳田玉亦曾表示，矽光子是半導體產業五到十年後的突破點，就如同過往的CoWoS。此外，英特爾（Intel）亦是早在二○二○年就已經提出矽光子將是先進封裝發展關鍵。矽光子作為近來市場討論的焦點所在，究竟何謂矽光子？有何技術優勢以致全球大廠皆積極搶進？

在了解何謂矽光子之前，還需先提及「積體電路」（Electrical Integrated Circuit; EIC）與「積體光學（路）」（Photonic Integrated Circuit; PIC）。市場耳熟能詳的晶片，其正式名稱為積體電路，是使用精密的技術將電子元件如電晶體、二極體、電阻、電容等縮小在晶片上，以進行複雜的運算功能；而Ｉ Ｃ是利用電流作為傳輸訊號，藉由各種不同方式如放大、開關、濾波等來處理電訊號。

與ＥＩＣ概念相似，積體光路則是將不同功能的光學元件如發光、收光、分光、耦合光、濾波等，利用半導體製程的技術把他們整合在一個晶片上；其使用光作為訊號源，讓光訊號在光子晶片內進行各種訊號處理。基於不同材料的光學特性以及製程技術的不同，目前ＰＩＣ的製程技術有包括矽基、三五族化合物、氮化矽、鈮酸鋰、甚至有使用聚合物製程的；其中，運用矽基平台所製造的ＰＩＣ，就是矽光子（Silicon Photonics）。

具高速率、低功耗的傳輸優勢

進一步來看，矽光子為電子與光子結合的技術，是將光路微縮成一小片晶片，晶片內導光的線路稱為「光波導」，光信號可以在「光波導」的線路中傳送；而由於光適合傳輸訊號，例如光纖就是現在網際網路的骨幹，比起電線能傳輸更快更多的資料，因此能實現高速率、低功耗的數據傳輸，且光也比電更適合做感測、影像等用途。

因著生成式ＡＩ的蓬勃發展，訓練所需的大量資料分析不只提升了高算力ＧＰＵ的需求呈現爆發式增長，另外，大量的運算結果及數據需要在ＧＰＵ之間高速傳輸，也因而使ＧＰＵ之間訊息傳輸的頻寬需求增加。業界人士就將資料中心內部的數據傳輸管道比擬為高速公路，當車流量（即數據量）增加，若無法增加車道（即頻寬），此時就會導致塞車；再者，當資料通過電訊號來傳輸時，因金屬銅線有電阻，訊號損耗與流失程度較高，恐讓ＡＩ效能打折，故這也是矽光子網路設備成為國際大廠大力擁抱的趨勢。

若從市場規模來看，根據市調機構Research and Markets最新的報告指出，全球積體光學市場於二○二三年達到約二一一．五億美元，並預計將以每年二○．三％的複合增長率（ＣＡ ＧＲ）成長，到二○三二年市場規模預計將達到約一一三九．八億美元。這項技術的需求主要來自於５Ｇ通訊、資料中心、光達（LiDAR）、自動駕駛以及醫療影像等應用的快速發展。

其中，矽光子部分，研究機構Yole數據顯示，全球矽光子市場規模到二○二七年將超過五○億美元，年複合成長率高達三○％；國際半導體產業協會（SEMI）則預估，至二○三○年全球矽光子半導體市場規模將達到七八．六億美元，年複合成長率達二五．七％。另外，根據工研院指出，ＡＩ和高階資料中心將是矽光子技術的主要應用場景，預估二○二二年至二七年間，全球矽光子裸晶片市場的年複合增長率將達到四八．二％。

台積電引領台灣生態系成形

而在實現矽光子技術的路上，扮演關鍵角色的共同封裝光學元件（Co-Packaged Optics; CPO），其產值規模據Yole的報告預測，至三三年ＣＰ Ｏ市場收入將達二六億美元，年複合成長率高達四六％，成長性更明顯優於整體矽光子技術產業規模，這也是近來光通訊族群群體上漲的原因，尤其是目前檯面上唯一與台積電在ＣＰ Ｏ方面有合作關係的光通訊廠上詮（3363），更是扮演漲勢領頭羊。

自從台積電公開表示看好矽光子發展後，似乎一夕之間讓矽光子成為市場最熱門的討論焦點，不過事實上，早在二○一二年英特爾就已經投入布局，且近年來國際知名科技大廠如思科（Cisco）、博通（Broadcom）、輝達（Nvidia）、超微（AMD）、Marvell等都積極布局矽光子技術，與此同時，微軟（Microsoft）、Meta等雲端網路業者也投入ＣＰＯ技術應用於網路架構中。

值得一提的是， 為推動矽光子技術發展，國際半導體產業協會與工研院及三○多家業者包括鴻海（2317）、廣達（2382）、致茂（2360）、穩懋（3105）、穎崴（6515）、志聖（2467）等攜手成立「SEMI矽光子產業聯盟」（SEMI Silicon Photonics Industry Alliance; SiPhIA）。

而台積電作為全球領先的半導體製造商，持續積極通過與國際大廠如博通、科希倫、ＳＫ海力士、新思科技等的合作，逐步構築了一個完善的矽光子生態系。今年九月二六日，台積電與ＥＤＡ大廠Ansys共同宣布微軟平台成功試驗，可大幅加速矽光子元件模擬和分析。Ansys表示，兩家公司共同透過微軟Azure NC A100v4系列虛擬機器，在Azure AI基礎架構上執行的Nvidia加速運算，將Ansys Lumerical FDTD光子模擬速度提升超過十倍。

對此，業界看好，此舉可望推進台積電矽光子技術，並擴大領先優勢，且亦有助加速矽光子導入ＡＩ應用的腳步。台灣的矽光子供應鏈成形，法人看好台灣產業鏈垂直整合能力強，未來有望大舉搶攻商機。 閱讀完整內容