一、背景概述與技術應用
背景概述
矽光子技術（Silicon Photonics）結合光電子學與半導體製程，是利用矽材料進行光學元件微縮與整合的突破性技術。其核心目標是解決傳統電子傳輸在高頻寬場景中的功耗、散熱和信號衰減等問題。矽光子晶片將光電元件結合，實現高速數據傳輸，並大幅降低製造成本。此技術正逐漸成為高速數據中心、通訊網路以及人工智能（AI）時代的基礎。
技術應用
- 資料中心內傳輸 隨著伺服器密度增加與傳輸速率提升，資料中心內部銅線傳輸已面臨功耗和距離的物理瓶頸。矽光子技術被廣泛應用於解決這些問題，提供高頻寬、低延遲和長距離的傳輸能力。
- 光收發模組與共封裝光學（CPO） 矽光子晶片為光收發模組和 CPO 技術提供技術支撐，實現更高效的數據中心內部和伺服器之間的高速連接。
- 人工智能與高性能運算（HPC） AI 訓練與高性能運算需要處理大規模數據，矽光子技術憑藉低延遲與高頻寬的優勢，成為此類應用的首選技術解決方案。
二、矽光子市場規模與發展趨勢
市場規模
矽光子市場呈現顯著增長趨勢。
- SEMI 預測：2030 年全球市場規模將達 78.6 億美元，年複合增長率（CAGR）為 25.7%。
- LightCounting 預測：CPO 市場規模從 2023 年不到 5,000 萬美元增至 2027 年約 7 億美元，幾乎年翻一番。
- Yole 預測：矽光子市場在 2028 年將達到 1.4 億美元，並於 2028-2033 年期間以 80% 的年增長率快速擴大。
發展趨勢
- 短期內，800G 和 1.6T 光收發模組需求將推動市場成長。
- 中期內，共封裝光學（CPO）將逐步替代傳統光收發模組，特別是在 AI 資料中心和高性能運算領域。
- 長期來看，光電整合將進一步發展為 Optical I/O（光學輸出入），實現更大範圍內的電傳輸替代。
三、矽光子技術的價值鏈分析
主要環節
- 原材料與製造 矽晶片製造需要依賴成熟的半導體製程技術，雷射二極體（LD）則需要高純度的三五族半導體（如砷化鎵 GaAs 和磷化銦 InP）。
- 製程與封裝
- 異質整合：透過先進封裝技術（如 Flip-Chip 和 Wafer Bonding）將光學元件與電晶體集成。
- 光纖對準：矽光子晶片上的光波導需與光纖精準對接，是技術難點之一。
- 組裝與應用 從矽光子晶片到光收發模組及最終的共封裝光學設備，每個環節都需高度整合，並依應用場景進行定製化設計。
高成本與高利潤環節
- 高利潤環節：雷射磊晶技術與矽光晶片設計。
- 高成本環節：異質整合與先進封裝技術。
四、技術門檻與挑戰
技術門檻
- 雷射技術 矽本身不具備發光特性，需透過三五族半導體材料實現雷射功能。
- 封裝技術 CPO 和光模組需要採用高精度封裝技術，如台積電的 SoIC 和 CoWoS 技術。
- 標準化與兼容性 矽光子產品的標準尚未完善，尤其是共封裝光學（CPO）系統的接口標準需要進一步確立。
挑戰
- 量產化 高技術門檻與複雜的供應鏈限制了產品大規模量產。
- 市場競爭 全球主要技術廠商競爭激烈，成本壓力與產品差異化是持續挑戰。
- 技術可靠性 提高產品穩定性以滿足高性能應用需求。
五、全球競爭格局與台灣相關企業
全球主要競爭者
- Broadcom 推出業界首款支持 CPO 的交換器 ASIC，在高速網路技術上具有領導地位。
- NVIDIA 計劃於 2026 年推出 CPO 技術支持的交換器。
- Marvell 開發高速矽光子引擎，專注於光收發模組與高速互聯應用。
台灣相關企業
- 台積電 主導矽光子晶片製造與先進封裝技術，是矽光子產業供應鏈的核心企業。
- 聯亞（3081） 具備高階雷射磊晶技術，並持續拓展矽光模組應用市場。
- 上詮（3363） 在光纖對準和光纖陣列單元（FAU）領域具技術優勢，與台積電形成緊密合作。
六、未來展望與投資建議
產業前景
矽光子技術在未來將徹底改變高速傳輸領域，其優勢使其在 AI 資料中心、電信網絡和高性能運算中成為不可或缺的技術。短期內光收發模組需求將持續增長，而中長期內 CPO 技術將實現更廣泛應用。
投資建議
- 短期：關注光收發模組製造領域，如聯鈞和華星光，因其在 800G 和 1.6T 需求提升中具有良好增長潛力。
- 長期：投資於技術與市場領導地位突出的公司，如台積電和聯亞。
- 風險管理：由於市場過熱和技術標準未定，建議投資者謹慎觀察，等待市場回調後逐步佈局。
總結
矽光子技術作為光通訊領域的重要突破，未來將在資料中心與通信網絡中發揮關鍵作用。隨著技術進一步成熟與市場需求快速增長，矽光子產業將迎來爆發式發展，為相關企業和投資者帶來巨大機遇。
