SEMICON2025_Silicon Photonics Summit_Global Foundry

前言

隨著全球數據生成量呈爆炸性成長，AI 訓練模型與超級運算的需求不斷攀升，傳統電子互連逐漸無法支撐龐大的資料傳輸與運算能耗。矽光子（Silicon Photonics） 因其在延遲、頻寬、密度、訊號完整性與功耗上的優勢，成為資料中心與 AI 基礎設施的關鍵技術。

在 SEMICON 2025 矽光子高峰會上，GlobalFoundries（GF）強調，矽光子不再只是研發題目，而是邁向規模化量產的產業基礎。GF 不僅提供製程與 PDK，更著重於 高產能製造能力 與 完整封裝解決方案，幫助客戶將光子技術落實到資料中心、超級電腦與通訊應用。

內容

1. 矽光子採用的驅動力

• 資料爆炸：幾乎所有半導體產品都在推動更多數據生成。AI 與超級運算需要更高效能、更低延遲的網路基礎。

• GPU 效能閒置問題：由於資料存取瓶頸，GPU 時常處於等待狀態。光學網路能改善資料流，提升 GPU 運算利用率。

• 能源效率：AI 資料中心的耗電龐大，降低每 bit 功耗成為產業共同目標。

2. GF 的雙軌策略：可插拔 + CPO

GF 強調，市場對光學元件有兩大需求方向：

1. 可插拔收發器（Pluggable Transceivers）

   • 目前主流方案，已支援 200G/lambda，並規劃在 2026 年推進到 400G/lambda。

   • 持續優化設計，移除或簡化 DSP，以降低功耗。

   • 仍是近期資料中心連接的重要選項。

2. 光電共封裝（Co-Packaged Optics, CPO）

   • 更長期的解決方案，將光引擎與 ASIC（如 GPU、Switch）緊密整合。

   • 對封裝技術要求高，需解決散熱、密度與光纖連接等挑戰。

   • GF 提供多種封裝形式：可直接整合於 ASIC 晶片間隔層（interposer）、有機基板，或採用矽橋（silicon bridge）。

GF 目前同時發展 可插拔與 CPO 雙軌技術路線，以滿足不同世代與不同應用的市場需求。

3. 矽光子核心技術亮點

1. 調變器（Modulators）

   • 微環共振器（MRM）：目前已符合 IEEE 規範，能支援 200G/lambda。

   • 環輔助馬赫曾德（Ring-assisted MZM）：結合 MZM 與環結構，提升頻寬至 85 GHz，消光比達 4.5–5 dB。

   • 新材料探索：如 Lithium Niobate（LN）、BTO、聚合物，以支援 >400G/lambda 未來應用。

2. 濾波與波分技術

   • 採用 曲線型光學結構（curvilinear lithography） 製造低損耗 CWDM 濾波器。

   • 降低多波長系統的插入損耗。

3. 光纖耦合方案

   • 提供 光柵耦合器（Grating Coupler） 與 邊緣耦合器（Edge Coupler）。

   • 推出 可拆卸式光纖陣列，可在晶片上蝕刻凹槽並置入微光學元件，再連接多通道光纖。

   • 支援大規模 Radix（多纖陣列），提升資料中心連接密度。

4. 製造與生態系統

• 大規模量產能力：GF 已將矽光子製程工業化，採用 300mm 矽晶圓（45CLO 製程），在美國紐約基地完成從晶圓製造到封裝的全流程。

• 供應鏈多樣化：除了台灣的強大生態系，GF 也能提供 全美製造供應鏈，滿足部分客戶對「完全在美國製造」的需求。

• EDA 與 PDK 支援：提供完整設計工具與 PDK，方便客戶自設計或共同開發新元件。

5. 未來展望

GF 強調，未來的重點將包括：

1. 更高速傳輸：推進至 400G/lambda 與更高標準。

2. 新材料整合：導入 BTO、LN、聚合物以突破矽材料極限。

3. 先進封裝：持續強化可拆卸光纖連接與 3D 封裝能力。

4. 量產化與可靠性：將矽光子從研發階段推向 工業級規模化製造。

GF 的訊息很明確：現在正是企業必須制定光學策略的時刻，否則將錯失資料中心與 AI 浪潮下的龐大市場。

總結

在 SEMICON 2025 的演講中，GlobalFoundries 提出了完整的矽光子技術與製程藍圖：

• 透過 雙軌並行策略（Pluggable + CPO） 滿足不同世代需求。

• 強調 高量產能力與可靠性，把矽光子從小規模研發推向產業化。

• 積極導入 新材料與新封裝技術，突破頻寬與功耗瓶頸。

GF 不只是提供矽光子製程，而是要成為 全球光子生態系的核心支柱。對於 GPU、交換器廠商或資料中心業者來說，現在正是制定光學策略的最佳時機。