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
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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
