矽光子
Silicon Photonics
定義
- 將光學元件整合在矽晶片上的技術，以光子取代電子作為訊號傳遞的媒介，實現高速、低功耗的資料傳輸。
- 頻寬大、損耗低、能耗低。
- 此技術已發展近 30 年。
- 傳統電子訊號傳輸在 3 奈米以下製程遭遇熱效應、高耗能的物理瓶頸。
- AI 時代算力需求暴增，資料傳輸成為效能提升的關鍵瓶頸。
核心技術
- 技術核心為「光波導」(Optical Waveguide)：把光路微縮進晶片內，是將電子結合光子的技術，是一種積體「光」路。
- 利用成熟的半導體製程，在晶片上製作光波導，讓光在其中傳輸。
- 光子訊號的頻寬、速度 >> 傳統的電子訊號，同時功耗更低。
- 矽材料對紅外光波段是透明的，有效減少光在傳輸過程中的損耗。
為何矽光子重要？
- 電子訊號傳輸已遇上瓶頸，3 奈米以下熱效應與耗能極限迫近
- 最終願景：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
- AI 時代算力暴增 → 傳輸瓶頸成關鍵瓶頸
主要應用
- 主戰場：資料中心、AI 加速器、大型 HPC 系統
- 資料中心：用於伺服器之間的高速資料傳輸，以光訊號取代傳統電纜，提升效率。
- AI 與高效能運算 (HPC)：因應 AI 龐大的資料傳輸需求，矽光子技術可加速運算並顯著降低能耗。
- 光子感測：應用於光學雷達 (LiDAR) 等感測領域。
技術挑戰
- 光電訊號轉換的效率。
- 光學元件與電子元件的整合複雜度。
- 最終目標是實現全光訊號，完全取代晶片內的電訊號。
矽光子產業生態系
- IC 設計：輝達、博通、AMD
- EDA：Ansys、Cadence、西門子、新思科技
- 晶圓代工：台積電、英特爾、格羅方德、高塔半導體、AMF
- 雷射：Broadcom、Lumentum、Coherent
- 記憶體：SK hynix、三星、美光
- 光纖陣列單元 (FAU)：Foci、TFC、Sumitomo Electric、Senko
- 光纖陣列單元組裝：鴻海、Fabrinet、Foci
- E/O 測試：Keysight、FormFactor、Exfo、Teradyne
- 封測：Amkor、ASE、Spil
- 系統組裝：鴻海、緯創、技嘉、廣達、英業達、神達