【話題開箱】矽光子納「AI新十大建設」關鍵技術 原因與優勢？

政府大力推動「AI新十大建設」，並將矽光子列為三大關鍵技術。賴清德總統近期啟動「AI新十大建設推動之旅」，將矽光子列為第一站，在新竹科學園區和業者座談。究竟矽光子是什麼？在AI時代為什麼重要？政府如何推動矽光子產業？台灣發展矽光子產業有何優勢？

矽光子是什麼？為何納入AI關鍵技術？

傳統積體電路透過銅線傳輸電訊號，不過，隨著製程持續微縮，線路愈來愈細，電阻上升，不僅容易產生熱能，也會造成訊號衰減與延遲問題加劇。

矽光子是將光通訊功能整合到矽半導體製程中的關鍵技術，透過在矽晶片上製作光波導(Wave guide)、調變器與光檢測元件，使資料能以「光」而非「電」的形式進行高速傳輸。

進入AI時代，資料中心與高效能運算(HPC)需求快速成長。由於矽光子具備低訊號損耗、高頻寬與高速傳輸等優勢，也能支援更長距離的高速傳輸，特別是用在大量資料運算與高速資料傳輸等場景，突破傳統銅線在速度、功耗與熱管理上的物理極限。

矽光子被視為突破算力的解方，也將成為半導體產業創新的重要動能，在「算力即國力」的時代，發展矽光子產業至關重要。國際半導體協會(SEMI)預測，至2030年，全球矽光子半導體市場規模將達78.6億美元，年複合成長率(CAGR)達25.7%，顯見市場具備龐大潛力。

為加速傳輸速度、提升算力，共封裝光學(CPO)技術備受關注。國研院台灣半導體研究中心主任劉建男解釋，CPO的核心目標是在同一封裝中，將光學元件與矽基電子電路高度整合，縮短資料傳輸路徑，以因應AI時代的高速運算與海量資料傳輸需求。然而，光訊號與電訊號的物理特性截然不同，在單一系統中實現穩定整合的技術門檻極高。

他進一步說明，矽光子CPO包含四大關鍵要素，首先是電子晶片與光子晶片的協同設計，實現電訊號與光訊號處理的核心組件；其次是先進製程等級封裝技術，協助高效能晶片進行整合；第三是整合光纖封裝與光源整合，最後則是共同載板與基板。

資策會則指出，因應高頻寬資料傳輸需求，既有的光收發器已開始由800Gbps向1.6Tbps頻寬轉換，而共封裝光學(CPO)交換器模組則持續推進頻寬規格、量產技術以及模組標準化，預期2028年可量產導入伺服器應用。隨著技術精進，CPO交換器可望逐漸由2.5D模組封裝走向3D小晶片垂直堆疊封裝，並成為資料中心伺服器標準配置。

矽光子應用在哪些領域？

矽光子技術可應用於超大規模數據中心、高效能運算、人工智慧等核心運算場域，並延伸至共封裝光學(CPO)等先進封裝架構。

隨著技術逐步成熟，矽光子應用正加速向周邊產業擴散，包含量子科技、智慧城市、智慧交通、國防軍工及太空科技等領域，成為支撐新世代運算與智慧系統發展的關鍵基礎技術。

政府如何推動矽光子產業？

矽光子是下世代半導體的發展重點，為鞏固產業地位，政府致力推動「AI新十大建設」，將矽光子、量子科技與AI機器人並列為三大關鍵技術。

政府加大力道投入矽光子先進技術研發，以強化自主關鍵技術掌握，並規劃建置量測實驗室與試量產線，透過降低中小企業的測試與驗證門檻，加速矽光子相關產品成熟與落地，進一步推動技術接軌國際市場。

此外，政府整合跨部會協作，包含國家實驗研究院、國科會、工研院與經濟部等，作法包括建置整合式技術研發平台、規劃跨領域學程以培育CPO專業人才，並透過產學驗證平台加速技術落地，提升研發與驗證能量，透過「矽光整合」推升台灣半導體產業生態系。

台灣發展矽光子有什麼優勢？

SEMI在2024年成立「SEMI矽光子產業聯盟」，由台積電及日月光擔任聯盟倡議人，整合矽光產業鏈上、中、下游業者，目標是促進產業創新、制定行業標準以及加速技術商業化，至今逾110家業者加入聯盟。

劉建男認為，台灣擁有堅強的科技實力，推動矽光子產業需要集結晶片設計(聯發科、瑞昱)、高階晶圓製造(台積電、聯電)、化合物半導體光電(聯亞、穩懋)、先進封裝製程(台積電、聯電、日月光)、光電系統整合設計(創意、鴻海)與封裝測試(日月光、矽品)等上下游供應鏈，這些業者已經為台灣發展矽光子產業打下良好基礎。

資策會指出，台廠以主要先進封裝業者為首，已結合光電元件業者、光零組件業者、材料業者、晶片設計業者等組成產業聯盟促進跨業合作，並且建立技術平台，持續推進CPO模組與系統量產技術。台灣業者可借助矽光子技術平台強化與國際品牌大廠合作，推動技術與產品標準，提高在全球矽光子供應鏈的影響力。(編輯：陳文蔚)