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做了十幾年 #矽光子,為什麼現在看到希望?台積電COUPE光子引擎一出,誰與爭鋒? ft. 陳書履|

外来客 • 2026-08-26 06:04:29

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📡 矽光子產業現況與台積電 COUPE 引擎

  • 產業里程碑:NVIDIA 宣布首台導入矽光子技術的 Spectrum-X 交換機開始大量生產,標誌著光通訊正式進入晶片封裝內部,實現「光進銅退」的關鍵突破。
  • COUPE 光子引擎:台積電推出的 COUPE 技術將 EIC(電路晶片)與 PIC(光子晶片)進行堆疊,並整合至載板與主晶片封裝中。這被視為矽光子的核心技術,目前主要應用於 Scale-out 交換機,屬於小量生產階段。
  • 未來應用預期:真正的矽光子革命預計將發生在 Scale-up 通訊領域。隨著 GPU 頻寬需求激增,銅線傳輸達到物理極限,預計在 2028 年底上場的下一代 GPU 架構(如 Feynman)將開始採用矽光子技術以解決頻寬瓶頸。
  • 台積電優勢:台積電憑藉先進製程(如 2nm)與先進封裝技術,在 EIC 與 PIC 的整合上具備競爭優勢。其 COUPE 公版方案旨在降低客戶開發成本,並透過先進製程優化環形調變器(Ring Modulator)的精度與效能,形成技術護城河。

🔬 矽光子技術原理與關鍵元件

  • 技術定義:矽光子(Silicon Photonics)主要指在矽基板上製作光學元件,利用矽波導傳輸光訊號。與傳統銅線傳輸不同,光訊號需在矽中傳播,因此波長選擇至關重要,通常選用 1.3 微米至 1.6 微米波段,以減少在矽中的吸收損耗。
  • 核心元件
  • 環形調變器(Ring Modulator):通過施加電壓改變光路,實現 0/1 訊號調製。其效能高度依賴製程精度,越接近完美圓形,溫度敏感度與訊號品質越好,因此需要先進光刻技術支持。
  • 光偵測器(Photodetector):負責將光訊號轉為電訊號。其中鍺(Germanium)材料因能隙特性,成為矽光子中高效能偵測器的關鍵材料。
  • 雷射光源:可為外接光源(ELS)或整合式光源,負責產生連續光波。
  • 偶光技術(Optical Coupling):指將外部光纖的光訊號精準耦合至晶片內部的過程。由於光與電的傳輸機制不同,光訊號需要對準而非簡單接觸,因此偶光與封裝技術是矽光子模組化的重要環節。

🏢 光誠研創(Optical Research)技術路線與發展

  • 公司背景:由陳書履(Eric Chen)共同創辦,團隊核心成員多來自 Intel 矽光子研究團隊。公司專注於以鍺(Germanium)為基礎的先進光電技術,並在 2024 年於《Nature》主刊發表單光子偵測技術論文,展現世界級研發實力。
  • 技術演進
  • 偵測端:從基礎光偵測器(PD)發展至雪崩光偵測器(APD),最終實現單光子偵測(Single Photon Detection),具備極高靈敏度,可應用於 LIDAR、3D 感測及光通訊。
  • 發射端:團隊正研製基於鍺技術的調變器,旨在提升調變速度並降低功耗,形成發射與接收兩端的完整技術佈局。
  • 商業模式:公司定位為底層技術供應商,提供差異化的 PIC 元件技術給 Design House 或方案公司,而非直接銷售終端產品。其策略是確保合作夥伴在調變速度、功耗等關鍵指標上優於使用公版方案的競爭對手。
  • 與台積電合作:2015 年起與台積電合作開發鍺矽整合製程。當時台積電願意支持該新創團隊,部分原因在於施敏(Shih-Min)教授的引薦,以及台積電對先進製程與特殊材料整合的前瞻佈局。

💡 產業競爭格局與技術挑戰

  • 競爭態勢
  • 台積電:透過 COUPE 公版方案與先進封裝能力,在矽光子生態系中佔據主導地位,吸引 Broadcom 等客戶轉向合作。
  • 其他晶圓廠:GlobalFoundries、Tower 等雖有 PIC 技術,但在先進製程與封裝整合能力上與台積電存在差距。
  • 設計公司:缺乏製程能力的 Design House 需依賴晶圓廠的公版方案,若無差異化技術(如更優的調變器或偵測器),將難以建立護城河。
  • 技術瓶頸
  • 銅線極限:傳統銅線傳輸受物理損耗限制,即使透過 Retimer 等技術優化,仍難以滿足未來 AI 集群的高頻寬需求。
  • 製程精度:環形調變器的效能直接取決於光刻精度,先進製程能顯著提升元件性能,形成技術壁壘。
  • 生態系整合:矽光子涉及光、電、封裝、測試等多個環節,需要完整的產業鏈協作,單一公司難以獨立完成所有環節。

📊 結論與展望

  • 技術成熟度:矽光子技術已從實驗室階段進入量產初期,關鍵元件(調變器、偵測器)技術已相對成熟,但大規模應用仍需等待 AI 算力需求進一步爆發。
  • 市場機會:隨著 AI 集群對頻寬需求的急劇增長,矽光子將成為解決 Memory Wall 與通訊瓶頸的關鍵技術。台積電的 COUPE 方案與光誠研創等公司的差異化元件技術,將共同推動產業發展。
  • 競爭焦點:未來競爭將聚焦於製程精度、元件效能(速度、功耗)以及生態系整合能力。具備底層技術優勢與先進製程支持的公司將佔據有利地位。

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