台灣半導體上下游串聯 矽光子產業聯盟助力AI大躍進
- 韓青秀/台北
在生成式AI與高效運算(HPC)推動下,矽光子(Silicon Photonics)成為半導體產業的技術突破點,台積電登高一呼進行整合,將推動矽光子供應鏈在台落地及規格協議。
參與「矽光子產業聯盟」業者指出,多家客戶的矽光子產品開發如火如荼,規格要跟著台積電腳步來制定,2025年矽光子前哨戰正式展開,初步驗證及小量出貨展開後,全新成長引擎將在2026~2027年加速顯現。
矽光子產業聯盟囊括了上、下游半導體產業鏈,包括IC設計、製造封裝、應用模組至終端產品,由台積電、日月光擔任倡議人,包括友達、富采、旺矽、世界先進、波若威、上詮、廣達、辛耘、鴻海、聯發科、穎崴等30多家企業、在成立大會上一字排開組成黃金陣容。
台積電副總徐國晉指出,在過去20年來,運算效能已大幅成長超過6萬倍,但記憶體頻寬與I/O卻存在巨大差異。其中,記憶體頻寬成長約幾百倍、I/O則成長30倍。
在AI時代下,記憶體頻寬與I/O提高將至關重要,如今記憶體頻寬可以透過高頻寬記憶體(HBM)改善,但I/O發展停滯將導致數據傳輸的能耗問題,透過矽光子技術將可以達到彌補。
國際半導體產業協會(SEMI)表示,生成式AI伺服器對資料傳輸速率有著極高的要求,在半導體進入先進製程後面臨功耗、頻寬等兩大挑戰,矽光子可望被應用於3D封裝之中,屆時可望提升10倍資料傳輸頻寬。
據估計,2023~2028年矽光子市場將達到40%以上的年成長率,成長動能來自於為了增加光纖網路容量的高資料傳輸率模組,顯見AI推動力非常巨大。
目前光學元件、矽光子元件仍處於百花齊放初期階段,當AI帶來演算及資料傳輸的巨量需求,也將讓耗能成非常重要的議題。據估計,2030年AI將消耗全球能源的3.5%,意味著矽光子帶來節能方案非常關鍵。
因應客戶對矽光子需求,台積電研發緊湊型通用光子引擎(COUPE),採用SoIC-X晶片堆疊技術將電子裸晶堆疊在光子裸晶之上,提供光子IC(PIC)與電子IC(EIC)異質整合。
由於大幅降低40%的能耗,可望大幅提升客戶採用意願,預計2025年完成支援小型插拔式連接器的COUPE驗證,接著於2026年整合CoWoS封裝成為共同封裝光學元件,將光連結直接導入封裝中。
徐國晉表示,針對發展路線規劃,未來將使用先進的晶片來節省功耗並提高效能,目前在實驗室中EIC採用7奈米製程,未來將進一步微縮至3奈米,將能節省更多功耗,也是未來的方向。
光通訊供應鏈透露,矽光子技術正陸續進入驗證階段,美系設計IC大廠推動速度較為領先,由於CPO將光源與IC進行結合封裝,使得矽光子必然走向跨領域整合。
尤其是台積電推出自己的開發規格,目前台系供應鏈均以台積電馬首是瞻,2025年將完成驗證及小量出貨,看好矽光子將隨著AI資料中心、HPC等應用從2026~2027年大放異彩。
矽光子具有低損耗、高傳輸與高算力等特性,非常適合應用在大量資料運算、傳輸的應用場景,且矽光子技術能夠減少功耗和熱量產生,並提高節點之間的通訊效率,也能有效使光電元件整合,製造更緊湊的光學模組,進而降低整體系統的體積和成本。
隨著台積電、日月光等大廠扮演領頭羊,半導體大廠積極卡位,生態系建構將是矽光子產業未來發展的關鍵,透過完整的半導體聚落、成熟的矽晶圓加工技術,推升台灣成為AI科技產業重要基地。
責任編輯:朱原弘