影片｜矽光子是什麼？圖解矽光子：原理是什麼？概念股有哪些？

台積電與工程設計軟體公司Ansys於9月26日宣布，和微軟合作進行成功的試驗，大幅加速矽光子元件的模擬和分析。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，將矽光子元件的模擬和分析速度提升超過10倍

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%。

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9月初正式成軍，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。

盤點矽光子聯盟成員，包括台積電、日月光、鴻海、聯發科、廣達等。特別的是，面板大廠友達也加入矽光子技術制訂夥伴，顯示轉型有成（完整名單請見：矽光子聯盟31家企業一次看）。

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。

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！31家成員名單一次看

為推動矽光子技術發展，國際半導體產業協會（SEMI）與工研院及30多家業者攜手成立「SEMI矽光子產業聯盟」（SEMI Silicon Photonics Industry Alliance, SiPhIA），於9月3日舉行成立大會，為2024國際半導體展（Semicon）揭開序幕。

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
（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。

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

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。」

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。」

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責任編輯：錢玉紘

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