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整理包/不是老調重彈!兵家必爭的矽光子技術是什麼?怎麼用、概念股一次看

台積電積極投入矽光子技術。路透
台積電積極投入矽光子技術。路透

本文共1888字

經濟日報 新聞部編輯中心/數位編輯林宜萱整理

矽光子及共同封裝光學元件(CPO)近來成為業界新顯學,不只國外大廠英特爾、輝達、博通紛紛布局,台積電(2330)、日月光(3711)也全力搶進,為何半導體指標企業瘋搶攻矽光子技術,經濟日報整理矽光子優點、應用領域、概念股等,帶您一起了解!

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什麼是矽光子?

積體電路是將上億個電晶體微縮在晶片上,進行複雜的運算功能;而矽光子(Silicon Photonics)則是一種「積體光路」,晶片內導光的線路稱為「光波導」,光可以在「光波導」的線路中傳送,最高境界是利用「光訊號」全面取代「電訊號」進行傳輸。

矽光子積體化技術。 取自工研院網站
矽光子積體化技術。 取自工研院網站

矽光子的優點?

目前電腦元件多利用銅導線進行傳輸,但銅線傳輸資料時,會有訊號損耗及熱量產生的問題,光則不會,且光的傳輸距離更遠、速度更快。而使用矽材料的原因在於,一般光學傳輸波長為1310nm和1550nm,而矽本身不會吸收這兩個波長,因此這兩個波段可以直接通過。

默默耕耘20年 矽光子躍上舞台

其實矽光子並非近期才興起,IBM 20年前就已投入研究該技術,英特爾也投入超過10年,而隨著AI的發展,雲端、資料中心所需負荷的資料量大幅攀升,為處理海量資料訊息,必須有更高效能的運算及傳輸速度,使矽光子技術再度躍上舞台。

矽光子的出現能延續摩爾定律的發展,摩爾定律指積體電路上可容納的電晶體數目,每兩年會增加一倍,但即便電晶體增加,仍無法避免電損耗的問題,而利用矽光子技術,不必再追求更多的電晶體、更小的製程節點,就能實現高頻寬、高效能的數據傳輸,不過目前光電訊號轉換仍有許多技術問題要克服。

台廠布局?台積電、日月光全力投入

台積電積極搶進矽光子技術,傳出攜手博通、輝達等大客戶共同開發,最快明年下半年開始迎來大單,台積電並投入逾200人組成先遣研發部隊。

台積電高度看好矽光子技術,台積電副總余振華日前曾公開表示,「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。」

日月光投控營運長吳田玉日前也說,隨著AI應用愈來愈多元,加上資料中心高速運算及傳輸需求不斷攀升,矽光子科技將成為下一波關鍵趨力(The Next Big Thing)。

吳田玉表示,日月光已將矽光子技術應用在共同封裝光學元件(CPO)產品、人工智慧和機器學習晶片上,在3D光學技術和光達應用部分,日玉光正在開發整合超透鏡(metalens)和矽光子的封裝技術,可應用在車用光達、行動裝置和感測元件等產品。

延伸閱讀:

台積攻矽光子!傳攜手博通、輝達等共同開發 明年迎大單

日月光:台灣應積極布局矽光子技術 搶人工智慧先機

矽光子應用在哪些領域?

矽光子可以應用在超大規模數據中心、高性能計算 (HPC)、人工智能和機器學習(AI 和 ML)、光學雷達、生醫感測、量子力學等領域。

  • 共同封裝光學元件CPO
  • 而目前當紅的共同封裝光學元件(Co-Packaged Optics; CPO) 就是利用矽光子技術,目前資料中心內部的資料傳輸是利用傳統插拔式光收發模組,傳輸路徑較長,因此當訊號傳輸速度上升到200G以上時,會造成訊號損失。

    而CPO利用矽光子技術將交換晶片和光引擎裝在同一個插槽上,形成晶片和模組的共同封裝,可以縮短資料傳輸路徑、降低訊號損耗及延遲。

    此方案已開始獲得微軟、Meta等大廠認證並採用在新一代網路架構。即便CPO技術因為剛進入市場,生產成本仍偏高,隨著高速傳輸需求爆發,預期CPO技術將是不容忽視且必要的技術,2025年之後將大量進入市場。

    傳統插拔式光收發模組與共同封裝光學元件(CPO)比較。 取自日月光官網
    傳統插拔式光收發模組與共同封裝光學元件(CPO)比較。 取自日月光官網

    矽光子、CPO概念股有哪些?

    矽光子及CPO商機爆發性可期,除了晶圓製造的台積電(2330)可望搶下大筆訂單之外,封測、測試介面,以及光通訊等相關領域帶來的商機也備受期待。

    封測大廠日月光(3711)投控及旗下矽品都已經投入矽光子、CPO封裝技術研發,台星科(3265)、矽格(6257)及訊芯-KY(6451)等中小型封測廠也規劃跨入矽光子市場。另外,測試介面在矽光子、CPO領域亦相當重要,供應鏈指出,旺矽(6223)、穎崴(6515)已接獲訂單。

    (資料來源:記者蘇嘉維、鍾張涵)

    延伸閱讀:

    穎崴矽光子 CPO 封裝測試受矚 3年探針自足率拚5成 2024年3大利多護身

    台積電全力投入矽光子 日月光、旺矽、聯亞卡位商機

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