矽光子量產革命：AI 數據中心的光學未來全解析

隨著生成式 AI 算力需求的狂飆，傳統銅線傳輸的物理極限已成為資料中心擴張的痛點，而「矽光子（Silicon Photonics）」正是突破這道牆的關鍵解答。

針對近期業界矚目的「矽光子量產革命：AI 數據中心的光學未來」論壇，STT 為各位讀者重新梳理了六大核心議程。為了讓大家更精準地掌握產業動態，本文將嚴格拆解每位講者的技術重點、關鍵規格以及未來展望，帶您一次看懂這場光學革命的生態系全貌。

1. 台積電 (TSMC)：COUPE 與 CPO 封裝技術進展

主講：台積電 侯尚有處長

• 技術重點：台積電開發了專屬的 COUPE (Compact Universal Photonic Engine) 3D IC 異質整合技術。該技術將光積體電路 (PIC) 與電積體電路 (EIC) 整合，移除了矽晶圓基板並加入背向反射鏡以減少光損耗，同時採用銅對銅 (Cu-to-Cu) 接合技術，大幅降低了寄生電容與插入損耗。

• 關鍵規格：

  • 在 PIC 到光柵耦合器 (Grating Coupler) 的傳輸上，成功將光學插入損耗維持在 1.2dB 左右。

  • 峰值波長偏移精準控制在 1.5nm 以內。

  • 歷經可靠度測試後，封裝的插入損耗變化量不超過 1dB。

• 未來展望：為配合 AI 算力倍增的需求，單通道傳輸速率正從 200G 邁向 400G。未來將高度依賴密集波長分波多工 (DWDM) 技術，在單一光纖內放入 4 個、8 個甚至更多波長，以在不增加實體空間的前提下大幅擴充頻寬。

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2. 工研院 (ITRI)：矽光子測試基礎設施與生態系

主講：工研院電光所 駱韋仲副所長

• 技術重點：測試與驗證是矽光子從實驗室走向大規模量產的巨大鴻溝。工研院在國家級「晶創計畫」支持下，正積極搭建涵蓋光學與高頻電學的共同驗證平台，串聯國內設計、製造到封裝的上下游生態系。

• 關鍵規格：

  • 量測環境正從 100G 升級，目前已具備 224G 測試能力，並正在驗證 48G (朝向 400G/800G 邁進) 的手動與全自動機台。

  • 在封裝光學插入損耗的測試目標上，業界期望能將整體損耗控制在 0.5dB 以下。

  • 晶圓級 (Wafer-level) 測試時間，目標縮短至每顆 Die 耗時約 15 到 60 秒之間。

• 未來展望：推動測試介面與流程的「標準化」。未來的測試將涵蓋自動光學對位 (Auto-alignment) 的精準度優化，以及針對 1.6T 到 3.2T 光學引擎的即時 (Real-time) 光電綜合模擬與檢測。

3. Coherent：點亮矽光子的核心光學技術

主講：Coherent 陳陽凱副首席技術長

• 技術重點：矽材料本身無法發光，因此高功率、高穩定性的連續波 (CW) 雷射是驅動 CPO 的「心臟」。此外，必須整合光隔離器 (Isolator) 來防止反射光損壞雷射元件，並透過優化散熱來穩定光訊號。

• 關鍵規格：

  • 除了傳統雷射，業界正開發能承受高溫的寬能隙材料或量子點雷射，目標是在 150°C 的極端高溫下仍能穩定運作 (維持 100mW 到 200mW 輸出)，進而省去熱電致冷器 (TEC) 的功耗。

• 未來展望：網路容量正從 400G/800G 快速推向 1.6T 甚至 6.4T。除了 DWDM 技術外，未來可能採用 2D VCSEL 陣列 (覆蓋大面積並結合相位控制)，實現更高密度且更穩定的多波長光源輸出。

4. 聯鈞光電 (eLaser)：外部光源模組的先進封裝與測試

主講：聯鈞光電 Antony Chen 陳副總

• 技術重點：探討 ELSFP (External Laser Small Form Factor Pluggable) 外部光源模組架構。將雷射獨立於 CPO 引擎之外，不僅解決了熱源干擾問題，還保留了熱插拔的易維修性。封裝光路設計上採用主動對位 (Active Alignment) 與保偏光纖 (PM Fiber)。

• 關鍵規格：

  • 透鏡聚焦的耦合效率可達 85%，光學插入損耗控制在 1.5dB 左右。

  • 內建熱電致冷器 (TEC) 進行精準溫控，可依據應用需求將雷射鎖定在 45°C 到 65°C 等不同區間，確保 DWDM 多波長應用中的波長精準度。

  • 高功率模組每通道可提供高達 200mW (約 23dBm) 的光功率，其電光轉換效率 (Wall-Plug Efficiency, WPE) 在 40°C 環境下約為 14%，即使在 65°C 高溫下仍可維持 11%。

• 未來展望：單一 ELSFP 模組將朝向提供 8 個通道甚至更高密度的方向發展。高功率雷射與 DWDM 技術的深度整合，將是支撐次世代高階交換器 (如 115T 容量) 運作的關鍵主流方案。

5. Sumitomo 住友電工：AI 數據中心的多核心光纖技術

主講：住友電工 Okada 經理

• 技術重點：隨著 GPU 數量呈指數成長，傳統光纖的實體空間已被塞爆。住友電工提出空間分波多工 (SDM) 概念，利用多核心光纖 (Multicore Fiber, MCF) 突破前面板與機架的空間限制。

• 關鍵規格：

  • 2 核心與 4 核心光纖的玻璃包層直徑維持與傳統單模光纖完全相同的 125 微米 (μm)，塗層直徑 250 微米，確保了加工的相容性。

  • 採用 MCF 後，光纜外徑可從 10 毫米微縮至 6.3 毫米，重量從每公里 80 公斤大幅降至 30 公斤。

  • 在光纖陣列 (Fiber Array) 寬度受限於 6 毫米的嚴格要求下，MCF 可容納高達 100 個通道的連接。

• 未來展望：MCF 技術已非紙上談兵，2024 年已投入跨國海底電纜專案，並正快速導入商用 AI 資料中心。未來將與 DWDM 互補，共同將光通訊的密度推向物理極限。

6. Advantest 愛德萬：矽光子量產的 ATE 測試解決方案

主講：愛德萬 江眼序協理

• 技術重點：將矽光子測試從實驗室的「工程設備」轉向具備高度自動化的 ATE (Automated Test Equipment) 量產系統。透過平台整合，在測試機台內同時執行高速電訊號與光學訊號的檢測。

• 關鍵規格：

  • 愛德萬推出的 V93000 測試解決方案，搭載了專業的光學對位模組。

  • 對位系統包含兩階段：大範圍粗調使用六軸馬達 (Micro-meter 微米等級)，精密微調則依賴壓電控制器 (Piezo Controller) 達到 Nano-meter 奈米等級的精準度。

• 未來展望：推動「Known Good Die (KGD)」測試左移，在晶圓階段就篩檢出不良品，以大幅降低後續昂貴的先進封裝成本。未來的挑戰在於建立跨廠商的標準化測試介面，並開發能應對 2.5D/3D 高密度封裝 (如 TSMC COUPE) 的新型探針與量測技術。

光電融合的接力賽已鳴槍起跑

從這六場議程中，我們可以清晰地看見矽光子量產的拼圖正在成型。這不是單一技術的突破，而是一場產業鏈的接力賽：製造端台積電以 3D IC 技術定義了高度整合的光學引擎 (COUPE)；光源與封裝端 Coherent 與聯鈞光電 (eLaser) 確保了高功率雷射的穩定產出與精準封裝散熱；傳輸介質上，住友電工利用多核心光纖 (MCF) 解決了最棘手的實體空間壅塞問題；而量測守門員工研院與愛德萬，則建構了從研發到量產的自動化測試防線。

技術規格正在