矽光子大勢降臨 台灣迎接光與電整合新挑戰

【作者： 籃貫銘】

矽光子（silicon photonics）絕非易事，因它是個徹底跨領域的科技，是把光與電放在同一個晶片中進行操控的技術，開發者不僅要熟悉電子學，對於於光子學也要聊若指掌。但是台灣產業界長期以來就只專研於電子，對於光子可以說所知甚少，如何把進度趕上，成為當前半導體產業最重要的課題。

所以對台灣的半導體來說，想要在矽光子這場戰役中勝出，若不採團體戰（打群架）的方式，獲勝的機會可能非常的渺茫。而且這個團戰的規模還必須要更深更廣，要連同產官學研都一同納入，且投入的金額與時間也都要更升一級才行。

矽光子具備高速、高效優勢 封裝為技術瓶頸

工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔指出，矽光子技術的優勢計有高速、高整合度、低能耗和成本較低等效益。以資料處理中心的光收發器模組為例，過去要以人力將一個個不同的零件（如雷射、檢光器、分波多工器等）組裝在一起，很吃人力成本；但矽光子則直接將所需的光電元件整合在單一矽晶片中，不但可大幅降低組裝成本，良率也高出許多。

方彥翔目前擔任工研院矽光子項目的計畫主持人，除了領導技術研究，也積極與產業介接，推動矽光子產業的發展。

方彥翔表示，矽光子技術的近期發展躍進除了矽光子元件本身性能的突破外，還包含了光晶片的封裝、量測與模組整合等。隨著矽光子技術逐漸成熟，更多注意力被放在開發先進的封裝技術，以實現高密度和高可靠性。而先進封裝技術能夠在微小的體積下整合多個元件，同時確保優異的散熱和光學性能，目前國際的發展趨勢更加強調系統整合、多功能性和應用的多樣性。

而矽光子技術之所以能夠在近期有所突破，其中最大的成長驅力就是在於日益成長的高速數據傳輸和處理需求。而傳統的方式已經達到瓶頸，無法滿足這種迅速增長的需求，特別是AI應用的崛起，更加劇了此一需求的發展，尤其是在資料中心應用方面。

方彥翔解釋，矽光子技術是基於矽材料將光子和電子相結合，能在晶片上實現高速、高頻寬的光通訊和光電子學功能。這種技術能夠提供更高的傳輸速度、更低的能量消耗及傳輸損耗，從而實現更高效的數據傳輸和處理能力。因此，矽光子技術被視為解決資料中心和高性能計算系統面臨的數據傳輸瓶頸的關鍵技術之一。

他預估，未來5年內，當數據傳輸速度從25.6Tbps增加到204.8Tbps時，傳統的光收發模組架構傳輸的損耗，會成為當前資料傳輸的瓶頸。而基於矽光子技術的共封裝光學模組（Co-Packaged Optics；CPO），提供了更高的傳輸速度和低損耗，有望提供高於30倍以上的計算能力，將成為各國大廠競相投入研發，成為解決方案之一。

不過矽光子技術並非易與之輩，它的發展正面臨幾個關鍵瓶頸。方彥翔表示，首先，矽光子晶片的製造成本高，限制了矽光子在大規模應用中的推廣，因此降低成本是迫切需要解決的課題；再者，矽光子元件的效能和穩定性仍需進一步提升，需針對設計、製造和測試進行深入研究，確保持久穩定運行和高效能。

他進一步指出，在矽光子晶片上實現高效的光源整合是一個挑戰，光源作為關鍵元件需要在矽材料上實現高效的發射和檢測。而更好的發射和接收整合是提升矽光子系統性能的關鍵，需要找到有效的方式，將光源和檢測器整合在單一矽晶片上。而這些挑戰仍需要技術突破和持續地研究投入，他也預計在未來數年到十年內，可能取得實質進展，推動矽光子技術實現更廣泛的應用。

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