生成式AI考驗HPC互聯 矽光子技術將成大勢所趨

生成式AI大行其道，對伺服器的效能帶來極大考驗，尤其是在資料傳輸環節，不管是主機板上的晶片互聯，或是運算叢集內的互聯，都需要透過頻寬更大、功耗更低的介面技術來實現。頻寬更大、距離更遠且更加省電的矽光子，也因而成為備受矚目的關鍵技術。矽光子不僅為未來半導體產業發展的關鍵技術之一，預測到2030年，全球矽光子半導體市場規模將達78.6億美元，年複合成長率（CAGR）達25.7%，這也顯見矽光子市場的巨大潛力。

為促進矽光子相關產業鏈成員的合作與互動，SEMI國際半導體產業協會近日舉辦矽光子線上論壇，並邀請到Ayar Lab共同創辦人暨技術長Vladimir Stojanovic與光程研創共同創辦人暨執行長陳書履，針對矽光子技術最新進展發表觀點。

SEMI台灣區副總裁蘇貞萍於會中指出，生態系的建構是矽光子產業未來發展的關鍵，台灣擁有完整的半導體聚落、成熟的矽晶圓加工技術，以及先進的封裝技術，矽光子完整供應鏈在台灣著床，將加速鞏固台灣在製造生產鏈的領先地位。

矽光子技術引發高速互聯革命

Vladimir Stojanovic表示，生成式AI對高效能運算設備（HPC）的互聯設計帶來巨大考驗，以矽光子取代現有的互聯技術，是必然的趨勢。經過多年研發，目前矽光子技術已經進入實用階段。例如該公司所提供的TeraPHY矽光子收發器Chiplet，就已經被許多合作夥伴採用，並藉由先進封裝技術整合在他們的解決方案裡。這些合作夥伴所提供的解決方案，不只頻寬更高、訊號傳輸距離更遠，而且更省電。這些特性正好滿足了AI伺服器與高效能運算系統最迫切的需求。

TeraPHY是一款基於共振技術的矽光子元件，其尺寸只有傳統光學元件的千分之一，並且具有強大的可擴展性。一顆TeraPHY元件最高可以支援16個連接埠，每個連接埠則可支援16個波長，每個波長的最大資料傳輸率可達到64Gbps，因此一顆TeraPHY元件就能支援高達32.768Tbps的資料傳輸率。

不過，在矽光子光源部分，由於雷射光源元件要在高溫環境下穩定運作，還有許多技術上的挑戰，因此目前Ayar Lab仍採取光源外掛的設計。Ayar Lab提供的SuperNova光源元件是一款支援多連接埠，多波長的雷射光源，可以在低於攝氏55度的環境中運作。

單光子偵測為矽光子技術開拓新應用

陳書履則指出，矽光子技術除了應用在資料通訊外，還可以應用在物件感測，甚至量子電腦等領域。整體來說，目前通訊用矽光子技術因發展較早而最為成熟，若要進一步普及，面對的考驗主要來自商務層面跟生態系合作。

至於在感測應用方面，傳統矽光子技術最大的技術挑戰在於如何提高矽光子元件接收端的靈敏度、並增加單位面積內感光元件數量以提升解析度及系統效能。相較起來，光程研創的鍺矽（GeSi）光子技術在靈敏度方面相較於傳統矽光子元件可大幅提升千倍以上，亦可以大型陣列方式提升解析度，甚至可以在室溫環境中偵測單一光子的存在。

此一突破性的研究成果，已獲得自然（Nature）期刊的肯定，並於2024年2月線上發表和收錄於2024年3月號期刊中。能偵測在短波紅外光單一光子的能力，對於矽光子技術在非通訊領域的應用，是相當關鍵且極具影響未來技術應用的。從短距離生理資訊感測、中距離影像感測、AR／VR，到長距離光達應用，甚至量子電腦等領域，都需要非常靈敏的光子感測能力才能實現。

在室溫中偵測單一光子的能力，對於矽光子技術在非通訊領域的應用，是相當關鍵的。從短距離生理資訊感測、中距離影像感測、AR／VR，到長距離光達應用，都需要非常靈敏的光子感測能力才能實現。

SEMI秉持著促進產業鏈交流、協作，共同推動技術與市場發展的使命，將攜手與產業合作，把握矽光子所帶來的市場機會，與克服技術挑戰。接下來SEMI也將針對矽光子議題展開許多活動，不僅將在台灣設立矽光子產業聯盟，更將於2024年SEMICON Taiwan國際半導體展中設立全新矽光子專區與矽光子技術論壇，讓產業界更了解矽光子技術與應用的發展脈動，預期台灣半導體產業在矽光子技術發展上將扮演關鍵角色引領全球。