CPO+矽光 新族群光速起飛

【文／林麗雪】

拜生成式AI大量運算需求之賜，發展數十年的矽光子技術，終於熬出頭！英特爾、博通、思科之外，包括輝達、台積電、日月光也看好投入，隨著800G交換器明年加速導入，矽光光收發器供應鏈及CPO正迎來黃金投資期。

如果能提供一個良好的矽光子整合系統，就能解決能源效率和ＡＩ運算能力兩大關鍵問題」，台積電副總余振華日前公開表示，凸顯矽光子技術必須從之前的束之高閣，轉而加速發展。緊接著台積電在九月初的SEMICOM大展中，首度介紹矽光子平台解決方案「ＥＰＩＣ」，將運用其獨特的3DFabric技術達成2.5D+3D封裝，供光學I/O小晶片設計及共封裝光學（ＣＰＯ）使用；去年就推出VIPack先進封裝平台支援ＣＰＯ技術的日月光投控，營運長吳田玉則在SEMICOM大展中受訪呼籲，台灣半導體產業應積極從已具備優勢的積體電路（ＥＩＣ）領域，跨域布局積體光路（ＰＩＣ）和矽光子技術，矽光子技術及ＣＰＯ封裝瞬間在台股市場聲名大噪，延續至今。

全球大廠跨足火力全開

不管是矽光子技術或是ＣＰＯ，在科技產業界其實都不是新鮮事，國內外大廠技術開發行之有年，全球矽光子技術發展翹楚的英特爾，在矽光技術收發模組研發已經發展了三十年，並在二○一九年成功併購Barefoot取得交換器ASIC與相關光收發器模組技術後，如今英特爾除了擁有四○○Gb/s光纖收發器解決方案，並計畫將自家ASIC或FPGA產品應用於Switch IC，甚至計畫將矽光子解決方案擴大至車用市場，並於二○二五年將其應用在Mobileye的光學雷達，成為目前矽光光收發器模組技術龍頭廠家。

網通交換器龍頭大廠博通（Broadcom）自二○一四年推出首款Tomahawk產品，採用28nm製程以支援3.2Tbps，到去年51.2Tbps新型網路交換機上市後，新款晶片組速度已成長十六倍，電力需求降低九五％，運算力增加、耗能也大幅降低，當時博通就預期可插拔光學收發器將會朝向共同封裝光學元件（ＣＰＯ）技術轉換，然由於ＣＰＯ需要高度技術敏銳度，使得這項技術預料將會侷限在英特爾、博通、思科等少數具有高度垂直整合廠家上。

今年五月，考量數兆參數的生成式ＡＩ模型正在加速對矽光子平台的需求，ＧＰＵ大廠輝達（Nvidia）宣布加碼投資在ＣＰＯ已有一定研發實力的矽光子新創公司Ayar Labs，直接跨入矽光子技術布局，全球一軍大廠都火力全開，讓矽光子及ＣＰＯ產業發展一時成為當紅炸子雞。

矽光光收發器需求暴風成長

不過，現實要考量的是，英特爾發展矽光子計畫長達三十多年，專利綿密，各大廠想要跨足，要如何避免侵犯智財權，是項考驗；再者，由於全球交換器市場主要受到博通把持，Marvell則在資料中心業務的ＤＳＰ（數位訊號處理器）市場占據主導地位，都限縮了台廠及後進者的發揮空間，但光收發器的ＩＣ需求則因為資料中心交換器的規格提升跟著大幅成長，是台廠可以積極著墨的領域，台積電與日月光領軍跨入ＣＰＯ封裝，台廠的勝算也大幅提高。

過去，矽光在資料中心內應用以二○○～五○○公尺距離傳輸為主，一○○公尺以下的傳輸則以VCSEL為主，因應資料中心伺服器到伺服器短距離或延伸至機櫃到機櫃長距離的高速傳輸需求，高階交換機矽光子光纖模組的需求量跟著放大。

當訓練ＡＩ模型時，大量數據在伺服器間傳輸，Switch是資料交換的節點，為了避免資料在伺服器間傳輸時造成瓶頸，Switch朝向高速發展已經是不可避免的趨勢，目前四○○Ｇ已是資料中心Switch主流，今年微軟、Meta則已小量跨入採用八○○Ｇ，預期二○二五年八○○Ｇ將取代四○○Ｇ成為資料中心Switch應用主流，矽光子技術亦將隨著超大規模資料中心的採用進入高需求成長期，研調機構Yole指出，收發器（Transceiver）正是需求量最大的領域，預估矽光子技術封裝的收發器市場將在未來十年快速成長至六○億美元的市值。

然技術的進程非一蹴可幾，漸進發展過程中，光收發器亦將出現新的技術變化。交換器進入八○○Ｇ規格應用後，舊有的銅線傳輸漸漸出現頻寬不足、信號衰減、高能耗等問題，進而限制了八○○Ｇ交換器的發展，加上傳統Transceiver採用CMOS電路製程及VCSEL、DFB、EML等多種雷射晶片材料，多通道讓光路設計更加複雜，也降低製造良率，ＤＳＰ（負責訊號調製／解調，是Transceiver中單價及耗能最高的元件）與Re-Timer耗電耗能問題跟著浮現。

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