從晶圓到權利金：矽光子 SiPh Fabless 商業模式全拆解

simpletechtrend
2天前
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1. 從晶圓到權利金：矽光子 SiPh Fabless 商業模式全拆解

1.1 為什麼要理解 SiPh Fabless？

矽光子（Silicon Photonics）這幾年從「實驗室技術」變成 AI 資料中心、雲端與高速運算的核心基礎建設之一。

在這個過程中，產業大致走出兩條路線：

垂直整合（Vertical Integration） Broadcom、Intel、Cisco、NVIDIA 等巨頭，從矽光子製程、光學引擎、模組到系統，一路向下整合。
Fabless（無廠設計模式） 自己不蓋晶圓廠、不做前段製造，而是專注在 矽光子設計、IP、光學引擎，製造交給 foundry。

本篇文章聚焦的就是第二條：SiPh Fabless 模式。

1.2 本文要回答的三個問題

SiPh Fabless 商業模式到底怎麼運作？
它跟科技巨頭的垂直整合，在商業與技術上有什麼本質差異？
Fabless 公司如何說服客戶：「這個設計真的可以產品化與量產」？

2. 什麼是 SiPh Fabless 商業模式？

2.1 定義：不蓋廠，只做設計與 IP 的矽光子公司

所謂 SiPh Fabless（矽光子無廠模式），核心有兩點：

不擁有晶圓製造廠（fab） 不投資前段製程設備與產線。
專注在設計與 IP 包含 PIC（Photonic Integrated Circuit）、光學引擎架構、版圖、GDS、PDK-based design flow 等。

製造則委由：

Tower Semiconductor
GlobalFoundries
TSMC
AMF（Advanced Micro Foundry）
imec / CEA-Leti（R&D + MPW 平台）

來完成量產。

2.2 Fabless 的核心工作內容：矽光子晶片 / PIC 設計

2.2.1 產品與設計重點

Fabless 公司的核心資產在於：

光子積體電路（PIC）架構設計
針對特定應用的 reference design，例如：
- 400G / 800G / 1.6T 資料中心收發器
- Optical I/O / chip-to-chip 互連
- LiDAR（FMCW / OPA / FPA）
- 各式感測器（生醫、氣體、電子鼻等）

2.2.2 提供給客戶的輸出形式

Fabless 通常會提供：

可直接下單製造的 PIC / 光學引擎晶片
GDS / IP 授權，讓客戶自行向 foundry 投片
系統級參考架構，協助客戶縮短產品開發時間

2.3 依賴專業晶圓代工廠進行製造

2.3.1 典型製造流程

Fabless 不碰晶圓製造，而是採用以下分工模式：

依照 SiPh PDK 完成設計與版圖
將 GDS 交給合作 foundry（如 Tower、GF、TSMC 等）
Foundry 完成製程與晶圓生產
由封裝／測試夥伴完成後段流程
Fabless 將晶片或光學引擎交付客戶，或只提供 IP／GDS

2.3.2 對 Fabless 的好處

這樣的分工帶來：

避免巨額 CapEx（蓋廠、擴產）
直接享受成熟製程的 良率與規模經濟
專注在架構與產品定義，而不是製程維護

2.4 以 PDK（Process Design Kit）為核心的設計流程

2.4.1 PDK 的角色

PDK 是 SiPh Fabless 能不能落地的關鍵。

PDK 由 foundry 提供，內容包含：

已驗證的 SiPh 元件：
- waveguide、MMI、grating coupler、splitter / combiner
- modulator、photodiode、taper、fiber coupler 等
Layout rule & design rule：
- 線寬、間距、彎曲半徑、層別定義
模擬 model：
- S-parameter、compact model
- 與電性 / 熱性模型的介面

2.4.2 設計工具與流程

典型工具與流程：

Luceda Photonics IPKISS
Synopsys / Lumerical / VPI 等 SiPh 設計工具
透過 PDK 與設計工具整合，實現從 schematic → layout → simulation → tape-out 的完整流程。

2.4.3 OpenLight 的 PDK 生態

以 OpenLight 為例：

OpenLight 的 PDK 已整合至 Luceda IPKISS
Spark Photonics、VLC Photonics 等設計 house 可以：
- 使用 OpenLight PDK 幫客戶做 layout / design
- 直接對接 Tower 的製程平台

2.5 晶圓級原型測試（Wafer-Level Test）

2.5.1 測試內容與目的

為了讓客戶相信「這不是 paper demo，而是 product-ready design」，Fabless 常會在晶圓級執行：

電性量測：眼圖、BER、S-parameter
光學量測：IL、ER、RIN、responsivity

透過 wafer-level probing 可以：

早期淘汰不良 die
看懂整片 wafer 的性能分佈
提升封裝後的總體良率

2.5.2 Sicoya 的作法

Sicoya 透過：

單片整合電子與光學
wafer-level 同時測光 / 電特性

在成本與良率上取得優勢，支援大規模出貨。

2.6 智慧財產權與權利金（IP & Royalty）模式

2.6.1 典型 IP 收益結構

Fabless 常見的 IP 收益模式：

提供 GDS / IP 授權 給客戶
客戶拿這套版圖與 PDK，向 foundry 下單
每片出貨晶圓 / 每一定數量的 die，Fabless 收取 權利金（royalty）

2.6.2 OpenLight 的例子

OpenLight：
- 提供設計與 PDK
- 交付 GDS 給客戶
客戶：
- 自行向 Tower Semiconductor 下單生產 PIC
Tower：
- 負責製造、接單與出貨
OpenLight：
- 針對晶圓出貨收取小額權利金

這是一種典型的 輕資產模式：

不壓 inventory
不維持 fabs
以 設計 + IP 作為主要獲利來源

2.7 供應鏈分工與管理

2.7.1 角色分工

在 Fabless 模式下，各角色大致分工：

Foundry：
- 製造能力、產能規劃
- 製程開發、良率優化
- 晶圓交期管理
封裝與測試（OSAT / Jabil 等）：
- PIC 封裝（TOSA/ROSA、光學引擎、CPO 等）
- 測試與模組組裝
Fabless：
- 架構定義、設計與 IP
- 設計服務與客戶 support
- 供應鏈協調與產品 roadmap 規劃

2.7.2 Fabless 必須具備的能力

Fabless 雖然不運營 fab，仍然需要非常熟悉供應鏈：

知道哪一家可以做哪種類型的封裝與組裝
找到願意採用自家光學引擎的模組廠
把 PIC / engine 整合進既有模組與系統架構

3. SiPh Fabless vs 科技巨頭垂直整合

3.1 垂直整合模式簡述

3.1.1 垂直整合的範圍

垂直整合（Vertical Integration） 玩家通常掌握：

矽光子製程（SiPh process）
光學引擎 / 收發器
模組（transceiver、AOC、DAC…）
系統（switch、server、accelerator）

3.1.2 垂直整合的優劣

優點：

產品定義與規格可「自洽」
易於在 system level 做最佳化（power、latency、thermal）
利用規模與品牌鎖定 Tier-1 客戶

缺點：

CapEx / Opex 極高
敏捷度較低，不會對所有新應用投入資源

3.2 Fabless 的「輕資產 + 高槓桿」模式

3.2.1 商業邏輯

Fabless 的策略是：

不做重資本投資，專注：
- PIC / 光學引擎設計
- 架構與 IP
- 系統級 reference
避免與巨頭在整條 value chain 正面硬碰硬
鎖定：
- 特定應用（LiDAR、Optical I/O、生醫感測…）
- 特定技術優勢（高整合度、更高 baud、更低 power）

3.2.2 代表公司

典型代表：

OpenLight
Xphor
DustPhotonics
NewPhotonics
POET Technologies

3.3 技術創新與應用專精

3.3.1 鎖定少數關鍵應用

Fabless 多半不做「全產品線」，而是：

深耕 1～2 個 關鍵應用：
- SiLC：FMCW LiDAR + Eyeonic 系統
- Ayar Labs：Optical I/O（chip-to-chip 互連）
- Lightmatter / Lightelligence：光學運算加速器

3.3.2 新材料與高階技術

也有公司專注於：

新材料調變器：
- TFLN、BTO、高性能聚合物
高階調變：
- PAM6 / PAM8、高 baud rate 調變器

目標是取得：

更高頻寬
更低 Vπ
更好的 system 性能

3.4 生態系與策略合作

3.4.1 生態系的組成

Fabless 的重要競爭力之一，是 生態系整合能力：

Foundry：Tower、GF、TSMC、imec…
設計服務：Spark Photonics、VLC Photonics、Epiphany…
封裝 / 模組 / 系統夥伴：Jabil、ZKTel、FIT、Mentech、Luxshare 等

3.4.2 合作案例

例子：

OpenLight：
- Foundry：Tower
- 設計服務：Spark、VLC
- 製造 / 組裝：Jabil
Xphor：
- 與 Tower 建立策略合作
- 支援 400G / 800G / 1.6T 收發器用 PIC

這種做法不是替代巨頭，而是 嵌入整個產業 value chain 當中。

3.5 利基市場與時間點

3.5.1 適合 Fabless 發力的場景

Fabless 特別適合在以下場景發揮：

AI / ML 高速互連需求爆發：
- 800G / 1.6T pluggable、LPO、CPO、Optical I/O 同時起飛
既有供應鏈瓶頸（如 EML / CW laser 短缺）：
- 新的 SiPh 方案有機會被導入
新興應用尚未定型：
- LiDAR、生醫感測、電子鼻等

4. Fabless 的營收與生存模式

4.1 銷售 PIC / 光學引擎：產品收入

4.1.1 營收路徑

最直覺的收入來源是：賣 chip / 光學引擎。

流程：

Fabless 設計並 tape-out 自家 PIC / engine
交由 foundry 製造晶圓
透過 OSAT／合作夥伴完成封裝與測試
將 PIC / Optical Engine / 子模組 賣給：
- 光收發器模組廠
- 少數情況下的系統廠

4.1.2 代表公司

DustPhotonics：
- 400G / 800G 發射光學子組件（TOSA）
- 已針對 200G/λ 晶片試產
- 推出單晶片 800G DR8 SiPh 引擎
NewPhotonics：
- 光學均衡器（Optical Equalizer） PIC
- 支援 1.6T 線性驅動可插拔收發器（LPO 架構）
POET Technologies：
- Optical Interposer 平台提供 800G / 1.6T 光學引擎
- 客戶包含 ZKTel、FIT、Luxshare 等模組廠

4.2 IP 授權與權利金（Licensing & Royalty）

4.2.1 商業模式說明

第二種是 高度槓桿的 IP 模式：

客戶需要自家產品，但不想從零設計 PIC
向 Fabless 購買：
- IP 授權
- GDS / reference design
客戶用這份設計與 PDK 向 foundry 下單
Fabless 對每片 wafer / 每一定產量收取 royalty

4.2.2 典型案例

OpenLight：
- 提供設計服務與 GDS
- 客戶向 Tower 下單 PIC
- OpenLight 不碰實體出貨，只對晶圓出貨收取權利金
Celestial AI：
- 透過收購 Rockley Photonics 的 SiPh IP 強化自家平台

4.3 設計服務與專業諮詢

4.3.1 兩條線並行的營運模式

很多 Fabless 同時運營：

自家產品線（PIC / engine）
設計服務線（design service）

4.3.2 OpenLight 的服務模式

OpenLight：

幫客戶做 reference design / co-design
與 Spark Photonics、VLC Photonics 合作
用自家 PDK 提供 layout / 設計服務

這類設計服務的價值在於：

幫客戶縮短 從 spec → tape-out → first silicon 的時間
讓客戶在「用自家平台」上產生黏著性與路徑依賴

4.4 成本效率與輕資產運營

4.4.1 成本結構特徵

Fabless 的核心優勢是：

把重資本交給 foundry，自己只投資在人與 IP 上。

具體來說：

CapEx：不蓋 fab、不蓋大規模封裝線
Opex：主力花在 RD、product、FAE、application support

4.4.2 Sicoya 與 POET 的成本路線

Sicoya：
- 單片整合 Si + driver + TIA + photonics
- 搭配 wafer-level test → 降低 BOM 與封裝成本，提高良率
POET：
- Optical Interposer 做光學中介板
- 用晶圓級製造與被動對準取代傳統人工精密對位
- 官方宣稱可達最高 75% 成本節省（實際取決於應用與導入方式）

4.5 募資與策略投資人

4.5.1 現金流現實

SiPh Fabless 的現實是：

前期現金流通常偏弱
需要靠外部資金支撐技術成熟與初期商業化

4.5.2 常見作法與代表公司

作法：

多輪 VC / PE / 策略投資
資金用於：
- 多次 tape-out 與驗證
- demo platform / reference board
- 與關鍵客戶的 POC / design-in 專案

常見名字：

Quantifi Photonics
iPronics
Ayar Labs
Lightmatter
SiLC
DustPhotonics
Celestial AI
Xscape Photonics 等

一旦 IP 穩定 + 出現 design win，後期就會轉為：

高毛利的產品收入（PIC / engine）
長尾的權利金收入（royalty）

5. Fabless 如何說服客戶：「這個設計真的可以產品化？」

5.1 PDK 與 Foundry 背書：降低製造風險

5.1.1 客戶的第一個疑問

客戶的第一個問題永遠是：

「你這個設計，foundry 到底做不做得出來？」

5.1.2 Fabless 的回應方式

Fabless 的作法：

使用 foundry 官方 SiPh PDK（Tower、GF、TSMC、AMF、imec…）
與 foundry 建立正式 partner 關係
清楚說明：
- 設計基於「已量產的製程平台」
- 不需為此重新開發新製程

對客戶來說，這等於：

「製造風險可控，設計不會卡在製程端」的保證書。

5.2 提供經過驗證的參考設計（Reference Design）

5.2.1 不只要元件，還要完整架構

第二個問題是：

「不只要有元件，還要有可以工作的系統架構。」

Fabless 會提供：

系統級 reference design：
- 系統 block diagram
- PIC top-level 與 channel mapping
- driver / TIA / CDR 接口建議
- 熱設計與封裝建議
開發配套：
- evaluation board
- 測試報告（BER、眼圖、OSNR 條件）
- app note、設計 guideline

5.2.2 對客戶的價值

對客戶而言，這代表：

「有一條被驗證過的路可以走，自己只要沿著這條路做客製化。」

5.3 晶圓級測試與原型數據：用數字說話

5.3.1 數據層面的說服力

第三個問題是：

「你說它好，到底有多好？」

Fabless 通常會提供：

晶圓級測試統計：
- 性能分布（速率、IL、ER、RIN…）
- 良率與 corner 行為
系統級 demo 成績：
- 傳輸距離（例如 500 m SMF）
- 可支援的 baud / modulation：
  - 256 Gbaud OOK
  - 170 Gbaud PAM4
  - 150 Gbaud PAM6
  - 120 Gbaud PAM8

這些數據讓客戶能判斷：

平台的「能力上限」
在不同應用（400G / 800G / 1.6T）下怎麼切 channel / modulation 最合理

5.4 供應鏈整合：證明可以「scale」

5.4.1 客戶關心的 scale 問題

第四個問題是：

「就算技術好，量大之後會不會出事？」

5.4.2 Fabless 的回答方式

Fabless 會用以下資訊說服客戶：

Foundry 產能規劃與製程 roadmap
封裝與測試夥伴名單
實際模組 / 系統客戶的合作案例

例子：

Xphor 與 Tower 的策略合作 → 展現供應鏈可以支援高整合度與成本效益。
POET 與 ZKTel、FIT、Luxshare 的合作 → 證明光學引擎已導入 800G / 1.6T 真實市場模組。

5.5 用成本與規模優勢收尾

5.5.1 算得過去的經濟性

最後一個問題是：

「算完錢之後，還值得嗎？」

Fabless 通常會強調：

相較於完全自研，採用現成平台與 IP：
- 開發風險更低
- 上市時間更短
透過單片整合、wafer-level test、Optical Interposer 等技術：
- 降 BOM
- 降組裝工時與工站數量
- 提升良率與重複性

5.5.2 對系統 / 模組廠的意義

對系統 / 模組廠而言，這代表：

「我多了一個成熟的技術選項，不會被你吃掉整條 value chain，仍然可以在既有供應鏈裡 plug-in 你的 PIC / 光學引擎。」

6. 代表性 SiPh Fabless / 設計公司速寫

6.1 OpenLight

6.1.1 商業模式

典型 Fabless + PDK + IP + 設計服務 模式代表
商業模式：
- 提供 SiPh 晶片設計服務與參考架構
- 設計交由 Tower Semiconductor 代工生產
- 晶圓級測試後交付給客戶
- 將 GDS 提供客戶，針對晶圓出貨收取少量權利金

6.1.2 供應鏈與定位

供應鏈：
- Foundry：Tower
- 設計服務：Spark Photonics、VLC Photonics
- 製造 / 組裝：Jabil 等
定位：
- 把「可設計、可量產的 SiPh 平台」產品化，變成一個 ecosystem

6.2 Xphor

6.2.1 公司聚焦

位於上海，專注高速 SiPh PIC 與光學元件
聚焦產品：
- 400G / 800G / 1.6T 收發器用 PIC 與解決方案

6.2.2 與 Tower 的合作

與 Tower 建立策略合作：
- 支援高整合度、具成本效益的 SiPh 供應鏈

6.3 DustPhotonics

6.3.1 產品定位

開發用於 400G / 800G 的發射光學子組件（TOSA）
已完成 200G/λ 晶片試產
2023 年推出業界首款商用單晶片 800G DR8 SiPh 引擎

6.3.2 商業模式特性

偏向「產品導向 Fabless」
直接提供光學引擎給模組廠使用

6.4 NewPhotonics

6.4.1 公司定位

無廠半導體設計、開發與生產公司
聚焦於：
- 用於資料中心 AI 硬體基礎建設的 PIC
- 光學均衡器（Optical Equalizer）解決方案

6.4.2 技術目標

支援：
- 1.6T 線性驅動可插拔收發器（LPO）
- 降低功耗、改善鏈路性能

6.5 POET Technologies

6.5.1 Optical Interposer 平台

以「Optical Interposer」平台為核心：
- 把電子與光子元件整合在單一多晶片模組上
- 使用晶圓級半導體製程與封裝技術

6.5.2 市場與合作夥伴

與多家模組廠合作：
- ZKTel、FIT（Foxconn Interconnect Technology）、Luxshare 等
已推出：
- 800G / 1.6T 光學引擎，用於 AI 與資料中心收發器模組

6.6 其他關鍵設計公司與新創

6.6.1 代表性玩家

在 SiPh 生態系中，還有一批偏「設計 / 架構 / 運算」導向的新創：

Centera
Ayar Labs（Optical I/O）
Lightmatter（光學運算）
Lightelligence
Nubis Communications
Xscape Photonics

6.6.2 共通特徵

這些公司不見得都是典型 Fabless，但共同特徵是：

不擁有大規模製造廠
以架構設計與 IP 為主要價值來源
深度結合特定應用（Optical I/O / 光學運算 / 新型互連）

7. 結語：SiPh Fabless 要找的，是「正確的位置」而不是「打敗巨頭」

7.1 在價值鏈裡的相對位置

如果把整個矽光子價值鏈攤開來看：

垂直整合玩家：
- 用資本、技術與產品組合吃下大部分 value chain
- 優勢在規模與端到端控制
Fabless 玩家：
- 用設計、IP 與平台能力切進 value chain
- 補上巨頭沒空做、或不想做的那一塊

7.2 SiPh Fabless 真正的關鍵問題

對 SiPh Fabless 而言，真正的關鍵不是：

「我要變成下一個 Broadcom / Intel。」

而是：

「我要把矽光子變成一個別人願意採用、可以量產、又能在現有供應鏈中 plug-in 的平台。」