矽光子產業聯盟正式成立 強化台灣半導體競爭力
- 林佩瑩/台北
具備高頻寬、低功耗、遠距離傳輸和節省成本等特點的矽光子,已成為半導體產業的熱門技術,以支撐電動車、綠能、AI等應用情境需求。因此過去幾年,英特爾、思科等國際大廠均積極投入相關研發,台積電亦在2024年北美技術論壇中公布矽光子整合進展,宣布已投入研發緊湊型通用光子引擎(COUPE)技術,藉此解決AI晶片對大量資料傳輸的需求。
台灣半導體在全球市場扮演舉足輕重的地位,自然需儘早部署與應對矽光子的發展。考量到投入矽光子技術研發需要材料、光學、電子學和製造等跨領域產業合作,在經濟部指導並於SEMICON Taiwan 2024國際半導體展的矽光子國際論壇上,台積電與日月光號召半導體產業鏈如工研院、波若威、上詮、鴻海、聯發科技、廣達、辛耘等30家以上業者宣布籌組矽光子產業聯盟,建構全台最完整的矽光子聚落生態系,聚焦矽光子未來技術發展與突破,提升台灣半導體在國際市場的競爭力。
SEMI 全球董事會副主席暨日月光執行長吳田玉表示,受限於半導體材料與硬體生產能力瓶頸,讓AI晶片發展速度受到極大限制,矽光子在密度、連結、熱傳等優勢,正是解決現今半導體生產瓶頸的最佳方案。過往矽光子受限於生產成本極高的問題,泰半處於研發與少量生產階段,現今在市場對AI需求大增下,可望加快矽光子進入實際量產的速度。台灣半導體產業鏈非常完整,涵蓋前端生產、後端封裝、IC設計等領域,具備發展矽光子技術的絕佳條件。在政府大支持下,矽光子產業聯盟將整合產業界能量,維持台灣在產業界的地位。
矽光子產業聯盟共同召集人台積電副總經理徐國晉指出,半導體產業發展至今超過60年,自從進入CMOS開發與應用階段後,其具備節能優勢的特性,讓整體產業呈現加速發展的趨勢。目前AI技術發展過程中正面臨資料傳輸與瓶頸等挑戰,所幸困境可透過矽光子技術解決。台灣在半導體產業有很好的基礎,這正是發展矽光子的最大優勢,聯盟成立之後將共同推動規格協議與制定工作,期盼透過整合上、下游能量方式,強化整體研發與製造能量,為台灣半導體發展奠定穩健基石。
日月光副總經理洪志斌認為,AI浪潮席捲全球,但背後也有衍生出高能耗等問題。矽光子技術在能源節省、提高晶片密度、算力等具備絕佳優勢,可望加速推動AI技術發展。本此跨領域的矽光子聯盟成立之後,可收集不同業者的創意與想法,加速台灣在矽光子技術的研發成果,未來發展非常令人期待。
經濟部產業發展署署長楊志清說,目前矽光子是全球最受關注技術,預估2025年產值將高達30億美元以上,很高興台積電、日月光、工研院等願意扮演先行者角色,攜手台灣半導體產業成立矽光子產業聯盟,共同投入此創新技術研發的工作。長期以來,經濟部一直透過產創條例補助業者投入先進技術研發,2024年主題研發為IC設計,鼓勵業者運用16nm以下製程投入研發,藉此帶動台灣半導體產業的發展。
AI加速矽光子研發 解決能源、資料頻寬挑戰
早在2012年以前,全球半導體產業發展都是遵循摩爾定律發展,即每18~24個月晶片效能會提高一倍。然在2012年之後,市場對晶片高速運算需求急劇攀升,也帶動晶片運算速度呈現每3.4個月即翻倍趨勢。特別近年AI晶片算力飆升速度非常快,也讓背後隱藏的能源受到關注,加速全球各界投入矽光子技術研發。矽光子是利用現有的半導體製程整合光子學小型化和與電子學,實現複雜光學晶片上的系統解決方案。矽光子技術除可解決大量資料傳輸需求外,也能應用在物件感測,甚至量子電腦等領域,根據SEMI研究報告指出,預估2030年全球矽光子半導體市場規模將達78.6億美元,年複合成長率(CAGR)達25.7%
徐國晉指出,台積電正在研發緊湊型通用光子引擎(COUPE)技術,以支援AI晶片面臨的資料傳輸瓶頸。相較於傳統裸晶堆疊方式, COUPE是使用SoIC-X晶片堆疊技術,進而將電子裸晶堆疊在光子裸晶之上,能為裸晶對裸晶介面提供最低的電阻及更高的能源效率,自然可解決AI晶片的大量資料傳輸需求。預計於2025年完成支援小型插拔式連接器的COUPE驗證,接著於2026年整合CoWoS封裝成為共同封裝光學元件(Co-Packaged Optics;CPO),將光連結直接導入封裝中,有望提升AI晶片算力。
Marvell Technology SVP & CTO, Cloud Optics Dr. Radha Nagarajan說,隨著AI資料中心的規模愈大,基礎網路架構扮演角色更為重要,甚至可說網路架構頻寬與AI算力高低息息相關。矽光子可在相同傳輸距離上,提供更低的能源消耗量,應用範圍可從跨資料中心聯機,延伸到元件級連接等,有助企業與產業實現節能的目的。
近來AI資料中心部署規模不光持續擴大,資料中心之間的光通訊連接頻寬已從800Gbit/s提升至1.6Tbit/s,這對功耗、效能和資料延遲等都是極大挑戰。Marvell 針對AI資料中心的資料傳輸需求,已推出備受關注的PAM4解決方案,可將傳統 1G、10G 乙太網路基礎架構,升級到50G、100G、400G、800G、1.6T 等速度,全力釋放AI資料中心的算力,加速各種AI專案的執行速度。
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