【停看聽】簡單說什麼是矽光子?

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什麼是矽光子?

目前產業上都是使用矽晶片來製作運算元件,未來如果能夠把處理光訊號的「光波導元件」整合到矽晶片上,讓矽晶片同時處理電訊號的運算與光訊號的傳輸,就稱為「矽光子(Silicon photonics)」。

前國發會主委劉鏡清卸任前建言「台須發展矽光子」,看好成封測第一大國,讓我不禁想來看看矽光子。

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什麼是低階封裝技術?

成熟量產的「光收發模組(Optical transceiver)」=傳送光學子系統(TOSA)+接收光學子系統(ROSA)。

TOSA:電訊號輸入後,經由雷射驅動器,來驅動雷射二極體(LD)轉換成光訊號,傳送到右側的光纖輸出。

ROSA:光訊號輸入後,經由光偵測器(PD)與轉阻放大器(TIA)轉換成電訊號,傳送到左側的金手指輸出。

如下圖是傳統光收發模組外觀構造:

圖片來源:lumenci.com、數位時代

缺點:金屬走線距離長,元件尺寸大,耗電量高。

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什麼是共同封裝(CPO)?

共同封裝光學(CPO, Co-Packaged Optics):矽晶圓製作的數位交換晶片(黑色)+光收發模組(紅色),直接利用先進封裝包裝在一起,如圖 b 所示,目的是為了縮短光電轉換元件與晶片之間的距離。

圖片來源:工研院、數位時代

好處:元件尺寸小、耗電量低。

不過共同封裝技術大多集中在國外廠商手上,例如:英特爾(Intel)、博通(Broadcom)等。

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什麼是台積電的 COUPE?

緊湊通用光子引擎(Compact Universal Photonic Engine, COUPE)可視為台積電推進 CPO 的技術方案之一,把光電轉換進一步帶進封裝的一套技術,讓光訊號與電訊號的轉換位置更靠近核心晶片,降低資料傳輸過程中的功耗與延遲。

當運算被拆解成成千上萬顆晶片協作,晶片之間「怎麼接」會比「算多快」更決定成敗,而光,就是那條關鍵的路。

黃仁勳

台積電把 COUPE 的發展分成三個階段(如下圖):

  1. COUPE on PCB(電路板):去年(2025)已量產,但還不算 CPO。
    • 功耗效率提升 2 倍,但延遲仍約為 1 倍。
  2. COUPE on Substrate(封裝基板):預計今年量產。
    • 功耗效率提升 4 倍,延遲降到小於 0.1 倍。
  3. COUPE on Interposer(中介層):未釋出時程。
    • 功耗效率提升 10 倍,延遲降到小於 0.05 倍。

截圖來源:〈數位時代〉白話科技|COUPE是什麼?台積電點名下一個半導體關鍵字,COUPE概念股有哪些?

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【參考資料】

  1. 〈數位時代〉白話科技|矽光子是什麼、CPO和InP差在哪?28檔矽光子概念股一次看
  2. 〈CTIMES〉全球光傳輸模組技術與產業發展現況
  3. 〈中技社〉我國矽光子技術發展之探討
  4. 〈數位時代〉矽光子是什麼?真正的矽光子概念股有哪些?圖解矽光子原理
  5. 〈數位時代〉白話科技|COUPE是什麼?台積電點名下一個半導體關鍵字,COUPE概念股有哪些?

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