隨著AI人工智慧應用帶動資料流量急速飆升，如何在伺服器與資料中心之間進行高速、低耗能的傳輸，成為半導體產業的重要課題。矽光子（Silicon Photonics）技術因能將「光」的傳輸效率與「矽」的製程優勢結合，被視為解決超大頻寬需求的關鍵。輝達（NVIDIA）、台積電等科技巨頭紛紛投入布局，帶動龐大商機。
今年 SEMICON Taiwan 2025 國際半導體展將於10日登場，相關技術論壇則自8日起熱身，首場登場的「矽光子國際論壇」更率先聚焦這一前瞻技術，帶領業界與投資人深入了解，矽光子究竟是什麼？為何能成為次世代高速運算與通訊的關鍵？
矽光子是什麼？
矽光子是一種利用半導體矽製程技術來製造「光子積體電路」的技術，藉由光子取代傳統積體電路中的電子，以縮短資料傳輸路徑達到更快的傳輸效率，並在高速運算下降低功耗與訊號延遲。依據工研院分析報告，在相同的時間下，這項技術能讓資料量傳輸提高8倍，節省50%的功耗與30倍以上的算力。
當前一般為人所熟知的積體電路即是把將破億個微電晶體整合在一個小晶片，藉此進行複雜的運算功能。然而，隨著技術的進步，原先單一晶片可以容納的電晶體密度持續增加，使得要進行處理的程序也越來越複雜。
相對而言，以光進行傳輸的矽光子成了另一解方。使用「光波導」的傳輸可取代銅等金屬線，由於無實體線路干擾，且傳輸距離也比電訊號更遠，故而不必追求在積體電路上發展更多的電晶體數量或更小的製作節點，除了能降低傳輸損耗外，也能改善功耗與散熱問題。
簡單來說，矽光子就是把「光纖傳輸」的技術搬到晶片上。傳統電腦或伺服器靠「電」傳輸資料，速度再快，還是會遇到瓶頸；矽光子則利用「光」來傳資料，就像高速公路從小客車換成高鐵，能更快、更省電。
因為AI需要傳輸的資料量非常龐大，伺服器之間光靠銅線或電訊號已經快塞車了，矽光子能大幅提升速度，並減少能耗，讓資料中心和超級電腦更有效率。
目前，矽光子已經成為業界發展焦點之一，利用先進封裝將運算用的矽晶片與負責光訊號傳輸的光收發模組包裝在一起，又被稱為共同封裝光學（CPO，Co-Packaged Optics），雖然尚屬於發展初期，但在AI浪潮帶動的龐大硬體需求下，頗具改變未來網路架構的潛力。
不過，儘管矽光子的可以達到低耗損、高效率，甚至降低製作成本，但目前相關光電技術仍尚有需克服的地方，包括伴隨著速度、功耗及散熱等衍伸問題，均使得技術發展更具挑戰性。
台積電力推矽光子技術
2025年1月，輝達執行長黃仁勳與台積電董事長魏哲家會面後，接受媒體訪問時表示，輝達正與「全球最大的矽光子代工晶片製造商」合作，雖坦言短期內不太可能有具體成果，但雙方合作已展開，未來數年將持續深化。
台積電在矽光子領域的布局策略，就是打造一套一條龍的全站式服務，AI晶片如同超級大腦，但若網路速度不足，再強大的運算能力也無法發揮，台積電的解方，是打造一個直接蓋在晶片旁的「光子引擎」，以突破傳統電子訊號傳輸的瓶頸。
台積電於2022年首次公開矽光子技術，並在2024年北美技術論壇中進一步揭示其研發進度，該公司正開發名為「COUPE」（Compact Universal Photonic Engine）的緊湊型通用光子引擎技術，以支援AI應用所需的高速資料傳輸。
COUPE採用SoIC-X晶片堆疊技術，將電子裸晶（EIC）堆疊於光子裸晶（PIC）之上，此種堆疊方式可提供最低的裸晶介面電阻與更高的能源效率，顯著提升訊號轉換效能。根據業者透露，COUPE引擎內含約2.2億個電晶體與1,000個整合光學元件，採三層架構堆疊，其中EIC使用6奈米製程，PIC則採65奈米製程，並支援水平與垂直耦光技術。
台積電的終極目標，是將COUPE與其主流的CoWoS先進封裝技術整合，打造共同封裝光學元件，此舉將光連結直接導入封裝中，使AI晶片出廠即具備超高速光纖傳輸能力，徹底解決資料傳輸瓶頸，並預計於2026年正式整合至CoWoS封裝，推進CPO技術商用化。
如今，輝達自主研發的CPO交換器SpectrumX已成為業界標竿，該產品將ASIC晶片透過CoWoS先進封裝與光引擎晶片（OE）整合，展現CPO技術的商業化潛力，此一技術突破也再次印證先進封裝在矽光子實現過程中的關鍵地位。
矽光子技術不僅是AI晶片性能提升的關鍵，更是未來資料中心、超級電腦與高速網路架構的核心，台積電透過COUPE、SoIC、CoWoS等技術的整合，正逐步建立起AI晶片製造領域的技術護城河。
矽光子供應鏈大盤點
矽光子供應鏈由絕緣矽SOI晶圓與光電材料晶圓出發，經過產品設計、晶圓製造與封裝後，形成系統產品主要系統業者，如Intel、Cisco、HP、NEC、Fujitsu 等，均切入光收發器產品開發，相較於IDM垂直整合模式，部分的光收發器開發業者必須仰賴晶圓代工廠生產矽光子晶片。
光收發器是目前矽光子最主要產品。業者分析，相關技術持續精進，主流產品的資料傳輸速率已由2016年的100Gbps進步到 2023年的800Gbps，除積極往1.6Tbps研發外，部分台廠也透過併購拓展產品線與強化技術能量，或進行上下游垂直整合。
台廠以台積電馬首是瞻，台積電的緊湊型通用光子引擎（COUPE），提供光子IC（PIC）與電子IC（EIC）異質整合，降低40％的能耗， 可望大幅提升客戶採用意願。
在台積電推進矽光子技術的同時，旗下子公司采鈺也扮演重要角色。采鈺專注於矽光子元件的製程開發，涵蓋光耦合被動元件如光波導、光柵與微透鏡，並積極拓展AI高速運算相關應用與客戶群。
日月光投控及旗下矽品，也投入矽光子、CPO封裝技術研發，已透過VIPack先進封裝平台卡位市場，市場預期2024年下半年相關業務，將開始逐步攀升，而接單動能則將於2025年顯著升溫。
網通大廠智邦則將更多心力放在交換機各零組件的光電整合，將針對ASIC及CPO 光模組整合完成後，再交付下游客戶，於供應鏈中角色吃重。
此外，光收發模組如波若威（3163）、上詮（3363）、訊芯-KY（6451）、前鼎（4908）皆默默在進行；上詮更於近期進行私募，外界猜測將引入大咖進行投資。另外，磊晶製造全新（2455）、聯亞（3081）都可望受惠。
矽光子相關產業鏈
- 磊晶製造：聯亞（3081）、全新（2455）
- 晶片設計與代工：台積電（2330）
- 光收發模組：波若威（3163）、華星光（4979）、眾達-KY（4977）、光環（3234）、上詮（3363）、訊芯-KY（6451）、前鼎（4908）
- 交換器：智邦（2345）、明泰（3380）
- 封測：日月光（3711）、矽格（6257）、台星科（3265）
- 測試介面廠：旺矽（6223）、穎威（6515）
- 美股屬於矽光子與網通概念股： Cisco、Intel、Broadcom、Marvell、Nvidia
轉載:鉅亨
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