光訊號
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半導體新關鍵字1／AI巨量傳輸矽光子成當紅炸子雞 台積電當領頭羊台廠抱團搶標準話語權
AI（人工智慧）顛覆了全球科技產業，從2022年11月底ChatGPT問世之後，短短不到一年，當大家都還在關注AI伺服器將吃大單，但因為大量傳輸的需求也悄悄應運冒出來。「矽光子」則成為今年半導體展的新關鍵字，除了展會首度舉辦矽光子國際論壇，包括台積電（2330）以及日月光（3711）均在論壇上提到這個有點陌生的名詞。工研院電光系統所組長方彥翔告訴CTWANT記者說，「矽光子」其實不是一個新技術，IBM在20年前就已投入研究，英特爾也投入超過10年，它是用光來傳輸，比起現在的電子訊號，不只傳輸效率高，也能夠有效解決訊號耗損和熱量的問題。目前業界的矽光子，多是屬於個別廠商的客製化需求，並沒有一個確定的產業標準。因應台積電等大廠在半導體展談論矽光子，台灣光電暨化合物半導體產業協會（TOSIA）也在8日成立光通訊與矽光子SIG（Special Interest Group），盤點國內光傳輸技術、產業概況及發展機會，爭取標準喊話權。「相較於積體電路是將上億個電晶體微縮於晶片上，使其能夠進行複雜的運算，但線路是電訊號，仍有著訊號耗損以及熱量問題。」方彥翔說。這也是光比電更具優勢的地方。矽光子主要是用來提升大量數據傳輸使用。（圖／翻攝自Wiki）「矽光子」從字面上來說，其實就是將電子結合光子的技術，是一種積體「光」路，由於晶片內資料傳導都是使用可以導光的線路，光就在這些線路中傳來傳去，最終願景是用光訊號全面代替電訊號進行傳輸，就可以實現更高頻寬和更快速度的數據處理，就不用再持續追求更高的電晶體數量，但目前在光電結合上，還牽涉到諸多光電訊號的轉換，因此技術上還有許多面向需克服。台積電是台灣發展矽光子的指標廠，業界傳出，台積電已投入逾200人的研發團隊，與博通、輝達等大客戶共同開發，最快2024年下半年完成，2025年開始量產。而台積電副總余振華則是在8日半導體研發大師座談會表示，「如果能提供一個良好的矽光子整合系統，就能解決能源效率和AI運算能力兩大關鍵問題。這會是一個新的典範轉移。我們可能處於一個新時代的開端。」法人指出，台積電除了開發矽光子技術之外，更同時開發共同封裝光學模組（CPO），透過矽製程的晶片以封裝模式整合光子積體電路（PIC），能將電更快速轉換成光訊號，藉此讓傳輸速度更快。日月光執行長吳田玉則指出，預期矽光子科技將顛覆人類對於科技的想像，並帶來更多生活上的幫助。因為隨著AI應用持續增加，帶動資料中心高速運算及傳輸需求跟著大幅攀升，矽光子科技將成為半導體下一波的產業驅動力。「矽光子科技要能夠突破既有技術門檻，高度仰賴半導體供應鏈的協同合作。」吳田玉強調。工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔表示，矽光子還沒有產業標準，台灣應該爭取喊話權。（圖／工研院提供）隨著資料中心的持續提升和AI技術的浪潮，讓原本只是各自發展的矽光子技術因而受到廣泛重視。「現在因為AI需要大量的資料傳輸，矽光子利用光傳輸的優勢就出現了，但也因為之前多是客製化設計，沒有建立產業標準，對於台廠來說，這就是一個新的機會。」方彥翔說。SEMI國際半導體產業協會全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸也指出，SEMI特別在台灣成立矽光晶片發展聯盟，積極推動產業共同合作，預期台灣半導體產業在矽光子科技發展上將扮演關鍵角色引領全球。SEMI也指出，「矽光子」可應用於生醫感測、高速傳輸、通訊及電信、量子運算、機器學習、光學雷達等領域。根據調查，全球「矽光子」市場規模將從2022年的126億美元，成長至2030年的786億美元，年複合成長率（CAGR）為25.7%。
台積電押注矽光子晶片 將成下一波AI風潮
雖然今年全球半導體產業表現受到高利率、通膨壓抑，但全球半導體龍頭廠台積電（2330）正在大舉押注新興半導體領域「矽光子晶片」。據媒體報導，台積電瞄準明年即將到來的矽光子超高速晶片商機。報導稱，台積電不僅正在積極推進矽光子技術，還在與博通（Broadcom）和輝達（Nvidia）等大客戶進行談判，共同開發以該技術為中心的應用。此次合作旨在生產下一代矽光子晶片，相關製程技術涵蓋45nm至7nm，預計最快將於2024年下半年開始迎來大單。台積電副總經理余振華此前表示，若能提供良好的矽光子整合系統，台積電就可以解決AI的能源效率和計算能力的關鍵問題。這將是一個劃時代的轉變。他認為，一個更好、更集成的矽光子系統是運行大型語言模型，和其他人工智能計算應用程式所需的強大計算能力的驅動力。積體電路是將上億個電晶體微縮在一片晶片上，進行各種複雜的運算。矽光子則是積體光路，是在矽的平台上，將晶片中的「電訊號」轉成「光訊號」，進行電與光訊號的傳導。矽光子最大的優勢在於能提升光電傳輸的速度，解決目前電腦元件使用銅導線所遇到的訊號耗損及熱量問題，因此被認為是新一代半導體技術。矽光晶片顯然已成爲半導體行業的一個密集投資領域，不只是英特爾、思科和IBM，輝達也在2021年以69億美元現金收購了跨國計算機網絡產品供應商Mellanox Technologies。眾多科技公司都在關注其在數據中心、超級計算機和網路設備、無人駕駛汽車和國防雷達系統等各個領域的潛在用途。目前，產業內已基本建立了針對數據中心、光纖傳輸、5G網路、光接入等市場的系列矽光通信產品解決方案，其中數據中心光通信是矽光的最大市場。業界分析，高速數據傳輸目前仍採用可插拔光學元件，隨著傳輸速度快速發展並進入800G時代，以及未來進入1.6T至3.2T等更高傳輸速率，功率損耗、散熱管理將會是最大難題。行業人士分析稱，矽光產業是大勢所趨，應用場景的市場空間潛力龐大，但回歸製造業本質，矽光產業的基礎是矽光生態，若要推動兆元產業市場的落地，不僅需要應用端的拉動，更需要底層工藝生態的建設。行業人士指出，目前矽光產業面臨的關鍵問題，在於工藝平台尚不成熟及奈米尺寸矽光技術路徑尚未收斂等等，當中工藝平台的建設至關重要。