矽光子發展關鍵：突破封裝與材料障礙

【作者： 盧傑瑞】

在光電子融合中，矽光子學發揮著核心作用。矽光子學是一種利用CMOS製程技術，支援半導體工業在矽基板上整合光接收元件、光調變器、光波導和電子電路等元件的技術。負責轉換光訊號和電訊號的光收發器，和積體電路晶片的混合，已逐漸轉變為近封裝光學元件和共封裝光學元件。最終的光電融合是3D共封裝光學，即三維整合。可以毫不誇張地說，基於矽光子的光電子融合，將會是未來計算機系統和資訊網路的關鍵技術。

提高晶片的處理速度，對於提高計算機性能至關重要，但由於簡單的小型化和高積集度有先天性的限制，因此平行處理器架構和3D電路結構的發展正被半導體產業所關注。這樣的技術發展帶動了晶片間所需訊息傳輸頻寬的增加，預計2025-2030年對頻寬的需要將超過10Tbit/s。然而，傳統電線的傳輸速度有10Tbit/s左右的限制，而且功耗也是一個嚴重的問題。

所以為了突破頻寬限制和功耗的障礙，高科技產業對光電融合的期望越來越高，這使得光訊號和電訊號密不可分。光電融合預計將擴展到連接服務器中CPU的佈線、連接CPU和電路的I/O，甚至CPU內部的佈線。圖一顯示了電氣佈線和光佈線的功耗與傳輸距離的關係。同時可以看發現，當傳輸頻寬增加時，即使距離很短，光佈線也變得更有優勢性。

雲服務和5G需求帶動矽光子成長

根據日本Research Nester的一份關於矽光子的市場報告中顯示，2022年矽光子市場規模約為20億美元。預計到2035年底，矽光子全球市場規模將達到550億美元，2023-2035年間的複合年增長率高達29.80%。

市場增長可歸因於對基於雲端的服務和5G技術的需求激增，以及光電子技術的進步。整體因素包括了，快速成長的工業4.0、越來越多的產業採用IoT設備、電信產業需求不斷成長、筆記型電腦和智慧手機等消費電子產品的使用增加，以及新一代的設備已轉向由人工智慧(AI)驅動發展(圖二)。

矽光子市場依照零組件領域可區分為，光波導、調變器、光感測器、雷射。其中雷射的部分，預計到2035年將成為最大的市場佔有矽光子零件，約為35%。而在應用產品方面則可區分為收發模組、電纜、光開關、感測器、光衰減器、其他(圖三)。

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