【決戰矽光子2-2】英特爾投入長達30年 台灣晶圓廠不擅長「光學」需奮力追趕

生成式 AI 應用大爆發！雲端資料中心要處理的資料量急速攀升，需要更高速的傳輸頻寬，同時也面臨功耗暴增的挑戰。此刻，以光電整合為基礎的「矽光子」（Silicon Photonics）技術，就是其中的一種解決方案，未來可望逐漸成為IC製造業發展重點。專家表示，國內晶圓廠過去擅長處理邏輯IC中的電子訊號，但對於光學結構的設計與製作的發展時程與經驗，仍有持續進步的空間。

芯鼎科技夥伴關係總監李長龍日前在工研院舉辦的研討會表示，整個AI運算中最高層級的資料中心，需要龐大的算力，像是輝達最新Blackwell平台，其中GB200 NVL72資料中心解決方案需要36顆CPU和72顆Blackwell GPU，這些晶片之間需要高速連結，傳統銅線已無法因應傳輸需求，需要用光來傳輸。因此，矽光子和CPO共同光學封裝技術就是未來的趨勢。

矽光子研發三大階段

工研院產科國際所分析師劉美君指出，矽光子技術已存在多年，如今因為生成式AI應用，需要更高速傳輸，所以變成一種炙手可熱的技術。目前國內矽光子研發還停留在第一個階段，也就是透過PCB板，將零組件進行組裝，再透過光波導（waveguide）元件來進行光的轉換跟傳遞；實際做法是採用CPO技術進行封裝。

她指出，倘若需要進一步去解決功耗、發熱以及傳輸速度等問題，就必須進展到第二個階段，這是由NTT在IOWN（全光和無線網路聯盟）所提出；將所有晶片都放在矽基板上，用半導體的方式全部封裝在一起，所有晶片之間的訊號傳輸，都透過「光」來傳遞，這是下一階段需要完成的。

談到第三個階段，是希望「晶片內」的資料非由電來傳輸，而是透過光，這是終極目標。它的結構跟過去由電子驅動的晶片很不一樣，因為這技術需要「光源」，它需要幾組雷射，以及光電轉換的光電二極體，還需要一個光訊號切換裝置。

劉美君強調，「這些東西都不是國內晶圓廠擅長的技術。」因為過去IC製造業擅長處理邏輯IC中的電子訊號，但對於光學結構的設計與製作的發展時程與經驗，仍有持續進步的空間。

美系大廠獲得最多矽光子專利

劉美君提到，目前矽光子技術的發展，以美國通訊設備廠以及IC製造業速度最快，競爭力不容小覷，而台灣晶圓代工業者正在急起直追。

從日經資料顯示，矽光子的專利數量最多的是在美國，例如Cisco、MACOM甚至Intel等，若將範圍縮小到IC製造業，英特爾在申請數量上排名第一，而且是壓倒性領先。在亞洲，矽光子申請專利數領先業者是NTT，由此可見，通訊業者在矽光子領域戮力甚深；至於中國則以華為等通訊廠為主。

英特爾投入矽光子已逾30年

劉美君強調，Intel從1990年代就投入矽光子研發。而且，當時主導這項計畫的就是目前執行長季辛格（Pat Gelsinger）。英特爾有伺服器部門，當初投入矽光子領域就是為了大型伺服器做準備。

「雖然英特爾在先進製程的推進落後於台積電，但在矽光子領域，英特爾並不弱，這是台灣IC製造業要很小心的地方。」Intel還加入由NTT主導的IOWN架構，可以提前得知相關規格的制定。

至於台積電則是因應客戶輝達、博通的需求，才進展到矽光子階段，與英特爾的出發點不同。「話說在20幾年前，也沒有任何客戶會提出這樣的需求，因此台積電不會主動觸碰這個領域。」

業者在技術上面臨的挑戰

提到業者在技術上面臨哪些挑戰？首先，「光學引擎中的光波導射器，必須要用來導光，而不是導電，這是廠商很頭痛的一個問題。」劉美君說。

而最大的問題是「光會亂衝」，業者必須在石英基板上設計出對應的光學結構，透過折射力的改變，去引導光的方向，讓光的路徑走到對的方向；這是過去晶圓廠不太擅長的技術。

其次，在光學元件的整合上，目前看起來是使用薄膜雷射把光子整合到同一個晶片上面，但是光學使用的薄膜雷射材料，跟原來矽材料也有所不同，「這個部分晶圓廠也不擅長」。

話說回來，如果晶圓廠不擅長，那到底誰比較擅長？

劉美君坦言，這其實是光電業比較擅長的部份。光電業長久以來生產面板，對光學結構十分了解。但面板是眼睛要看的東西，與晶圓廠生產的傳輸用晶片仍存在著差距。「在從前，光電業做光電的事，電子業做電子的事，兩邊八竿子打不著。」

可是現在看起來，光跟電的結合在矽光子技術中，是十分重要的一環，技術門檻非常高，需要一個專業團隊進行，目前沒有任何一家廠商專門研發「光與電」的整合。她認為，光電業與晶圓廠若要合作，這過程間的轉換非常困難。投入矽光子研發的IC製造業如台積電，可能就會去光電業尋找適合的人才。

劉美君強調，相較國外大廠已協同通訊業者投入長期商業化量產開發，國內IC製造業如何藉由與重要客戶的合作，整合光電訊號研發，以切入全球供應鏈，方有機會在高度競爭的市場中佔有一席之地。

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