SEMICON 最熱議題之一的矽光子,能否帶領 Broadcom 躋身為下一顆新星?(附博通解析和財測)- 法說會解讀

2023/09/12閱讀時間約 6 分鐘
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今年的 SEMICON 個人總結下來,有兩大主題最受到關注:分別是異質整合的先進封裝技術,以及矽光子的商業應用 CPO(Co-packaged Optics,共同封裝光學元件)。

前者主要看到的是有多家本土設備廠、材料廠推出各式解方和本土化設備,試圖取代過去主要由美日兩國設備商把持的各項先進封裝設備,相關廠商包含崇越,以及 G2C+ 聯盟的志聖、均豪、均華等。

而今天想深入討論則是後者,其實和先進封裝一樣,同樣都是數十年前便開始投入研究的技術,且兩者皆因為 2023 年 AI 應用大爆發而開始受到重視。

矽光子是什麼?

矽光子簡單來說,就是積體「光」路,透過將原先在積體電路上的金屬電路改為光波導(Waveguide),來引導光線前進。

從最基礎的物理學來看,光訊號以光速前進,因此在傳輸訊號等「高速」傳輸領域備受重用,現在常見的光纖網路中就是光訊號在傳遞資訊。

而電訊號,則是因為可以輕鬆透過電晶體等元件,切換邏輯閘(0 和 1 訊號),故在運算領域上仍有不可取代的地位。

CPO 又是什麼?

CPO(共同封裝光學元件)將傳統積體電路和積體光路整合在同一個載板上,透過封裝讓兩者的的傳輸不再透過 PCB 的電路,而是直接經由精密度更高的載板達成同時得以更靠近用以處理訊號的 IC(通常是網卡上的 ASIC)。

傳統光收發模組與 CPO 之比較 Source: 工研院

傳統光收發模組與 CPO 之比較 Source: 工研院

在電路傳輸路徑大幅減少下,便可在維持高傳輸速度下,降低訊號損耗和延遲。而在訊號損耗降低下,廢熱的產生也隨之減少,整體功耗因此得以降低。隨著資料中心的電力使用效率等指標在近年 ESG 趨勢推動下,原本就屬於高耗電設備的交換器似乎也找到了下個能夠變革的方向。

為何矽光子/CPO 會隨著 AI 應用開始受到重視?

簡單一句話:

因為 AI 需要更快的運算速度和傳輸速度。

AI 模型的訓練動輒就需要花幾個小時,甚至大型的 LLM 需要花上幾天的時間來進行一次訓練。因此運算和資料傳輸中間所花費的時間都變得彌足珍貴,因為訓練時間的拉長就需要花更多的電,某一方面也就是要燒更多的錢來訓練。

前者現階段已由先進封裝來達成(透過 2.5D、3D 封裝來減少記憶體與 CPU、GPU 之間的距離,加快讀寫速度),而後者便是冀望由 CPO 來達成。

除此之外,矽光子也被期待在量子運算領域上有所發揮,主要就是量子運算改由量子位元(quantum bit)來儲存和處理資訊,而矽光子比起電子更適合用來當作傳輸媒介(這個再講下去沒完沒了XD)。

調研機構 Yole 預估矽光子產業 2021 年至 2027 年將以 CAGR+36% 的速度快速成長,並在包含資料中心傳輸、醫療領域、量子計算等領域發揮重大作用。

矽光子終端應用成長預估 Source: Yole

矽光子終端應用成長預估 Source: Yole

矽光子/CPO 有哪些重要廠商?台廠的定位在何處?

Intel 早在接近 20 年前便開始投入矽光子領域的研究(老實說 Intel 在半導體領域至今仍是一大技術強權),然而市場領先者依舊是掌握交換器晶片市場的 IC 設計大廠,包含 Broadcom(博通)、Mellanox(被 NVIDIA 收購)和 Luxtera(被 Cisco 收購)等,其中 Broadcom 技術最為領先,現已推出支援 CPO 技術的 Tomahawk 5 交換器晶片,較同業具備先進者優勢。

而在晶圓製造端,由於矽光子 IC 僅需使用成熟製程製作(使用 90、65、45nm製程即可),因此包含 GlobalFoundries 甚至是中國沿用其成熟的 CMOS 製程即可生產,現在積極投入矽光子產業的中國在未來也不容小覷

近期則傳出台積電正與 Broadcom、NVIDIA 等大客戶合作開發矽光子和 CPO 應用之新產品,並預計在 2025 年正式量產,對於台積電的影響和成長性仍有待進一步評估。

除此之外,台灣還有多家廠商投入光纖模組、光收發模組的設計和代工,相關供應鏈包含上詮、訊芯和華星光等。

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從今年 NVIDIA 財報開出誇張的 70% 毛利率來看,進入到矽光子產業或許也能合理推測主要的利潤將集中於交換器晶片設計大廠,其中 Broadcom 在技術上的領先,預期能夠使其最先受惠於 CPO 導入資料中心的趨勢

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