SEMI从设计到制造为矽光子落地找出关键解方

随着AI、高速运算与资料中心需求暴增的驱动，半导体产业也正从成本、耗能与表现上寻求更好的解决方案，而矽光子（Silicon Photonics, SiPh）技术正是产业积极关注的焦点之一。 有鉴于矽光子技术是半导体产业下一个发展重点，国际半导体产业协会（SEMI）旗下矽光子产业联盟（SEMI Silicon Photonics Industry Alliance, SiPhIA），为协助台湾业者把握未来趋势，不仅邀请国内外讲者齐聚，从系统架构、模拟平台到封装测试等角度，描绘矽光子关键技术的产业蓝图，继去（2024）年9月推动成立矽光子产业联盟后，更在今年宣布由SEMI领军，携手台积电、日月光等百家企业，成立「三大技术专案小组（Special Interest Groups, SIGs） 」，以整合多方专业力量，制定产业标准、加速技术创新与商业化应用，抢攻2030年上看78.6亿美元、年复合成长率达25%的矽光子市场。

三大技术专案SIGs正式启动，串联上下游开启矽光子新篇章

SEMI 全球行销长暨台湾区总裁曹世纶表示，SEMI 矽光子产业联盟是以台湾半导体产业为核心，汇聚超过 110 家海内外顶尖厂商，发展出全球规模最大、产业架构最完整的矽光子国际技术协作平台。联盟横跨上中下游，整合跨企业、跨领域的专业资源，致力于为全球技术创新突破提供动能。同时，联盟也正式启动三大 SIGs，推动关键技术的创新突破，加速标准制定进程，盼携手解决技术碎片化的挑战。 台积电副总经理暨矽光子产业联盟共同会长徐国晋，以及日月光半导体副总经理暨矽光子产业联盟共同会长洪志斌皆提到，将发挥彼此在矽光子技术研发的强项，并积极与联盟成员合作，透过 SIGs 跨组专案的推进并共享资料库，在符合市场需求的前提下，加速特定技术挑战或应用场景的落地，突破矽光子技术瓶颈。工研院副所长骆韦仲也分享到，目前整体发展蓝图将从传输速度100G、200G到400G持续迈进，纵使采用规格架构各有不同，但「可插拔」仍为目前主流；同时，将从国际趋势中学习并结合在地技术实力，打造具可信任的平台。 此次SIGs三大技术专案小组，分别为SIGs1「系统、次系统与矽光子技术发展」、SIGs2「先进封装与测试」、SIGs3「设备与制程自动化」，推动关键技术的创新突破，加速标准制定进程，盼携手解决技术碎片化的挑战。其中，SIGs1将聚焦在矽光子晶片的设计、制造和整合等矽光子未来技术发展趋势，完善矽光子产业生态圈；SIGs2则专注于异质整合与共封装光学应用封装及测试技术，推动光学与电子整合；至于SIGs3将投入制程自动化，涵盖组装、检测技术及相关设备与创新应用。 这三大技术专案小组亦环环相扣，各自发挥技术所长，共同推动矽光子发展。面对矽光子被视为下一代讯号传输的关键技术，SEMI也邀请到来自全球具代表性的企业与单位，从不同角度切入提供矽光子发展多元的观点与策略。

从设计、验证、制造着手找解方，矽光子技术加速往前迈进

在矽光子技术迈向产业化的进程中，许多企业面临模组尺寸大、功耗高与封装复杂等痛点，难以符合AI资料中心对高速、低耗且具维修性的模组需求。 NTT Innovative Devices总经理 Shin Kamei 指出为突破限制，NTT提出「PEC（Photonics Electronics Convergence）」整合架构，透过将光子元件与数位讯号处理器（DSP）等电子元件整合封装，不仅大幅缩小模组体积亦能降低功耗与提升整体频宽效率。他强调，PEC不只是设计概念，而是可真正支援从400G到1.6T等高速模组的量产架构。 NTT也展现其在BGA封装、wafer-level组装与模组维修性设计方面的成熟技术，并特别针对AI资料中心提出具备SMT相容性与模组化设计的商业化解方，为共同封装光学（CPO）的普及化铺路。 而Ansys首席应用工程师陈奕豪则表示，CPO技术虽被视为解决高频宽与低功耗传输瓶颈的关键，但其在电、光、热等多物理层面高度耦合，使得设计验证与封装整合变得异常复杂。作为工程模拟软体和技术研发业者，Ansys透过整合旗下的 Lumerical、RedHawk-SC、RaptorX、Zemax 等模拟工具，打造一个横跨光子晶片、电源完整性、热管理与封装验证的全流程平台。他说目前也与台积电合作，将这套模拟系统应用在台积电COUPE，从 wafer level 到多晶片堆叠都能进行精确模拟，透过物理模拟方式有效加速从设计到量产的过程，协助企业精准控管设计风险，突破开发效率与良率的双重限制。 不只是技术，从封装测试的角度也预见矽光子推进的挑战。 ficonTEC客户经理陈颖说到，从光电测试整合到技术门槛、制程资料追溯与扩充皆有难度，而ficonTEC则打造一套涵盖从 wafer 级检测、模组组装、O/E 测试到自动对位的模组化自动化平台，并内建 AI 演算法与数位分身（digital twin）系统，让用户能实现即时参数监控与预测性维护。该平台不仅支援100G到1.6T不同模组的量产需求，亦具备弹性切换客制化流程的能力，协助企业从NPI快速过渡到HVM。

SEMI串連全球供應鏈，打造矽光子生態圈

在台湾拥有全球第二座具备光机电与矽光子研发能量的技术整合中心的日商骏河精机，很早就为矽光子发展做准备。亚太区暨台湾区总裁吴堂荣表示，由于CPO与SiPh模组走向量产时，会面临μm等级的对位精度要求、模组流程碎片化，以及设备与人力成本高昂等挑战，而日商骏河精机提出Opto-MSEMI串连全球供应链，打造矽光子生态圈echatronics解决方案，将光学模组（如FAU、Lens Array、光纤）与高精度机构平台（如多轴对位模组、V-Groove基座、雷射量测技术）整合，解决关键「耦合精度」与「产线自动化」挑战，加速矽光子量产的进程。 最后，LightCounting 创办人兼执行长Vladimir G. Kozlov从市场观察与系统设计角度切入提到，从过去25年来以太网光模组的市场发展，让AI与高效能运算带动GPU的需求大量产生，也凸显出现有光模组的体积、功耗与部署密度已达极限，而CPO（共封装光学）技术正是唯一能够在高密度、多柜AI系统中提供低功耗、高频宽、可扩展性光连接的方案，他同时也认为，采用矽光子调变器的光收发模组市占率，将从2024年的30%提升至2030年的60%，产业将走向传输效率与能源效益的全面升级。 「我们正站在产业发展与市场转折的关键路口，」曹世纶说，为协助台湾能在全球科技赛局中抢占先机，SEMI也将秉持着第三方平台的角色，扮演产业整合与创新推进的幕后推手，助攻半导体产业链迎向世界的舞台，更期待来自光子积体电路（PIC）、电子积体线路（EIC）以及系统端（Datacenter owner）等不同领域的成员加入，壮大产业链上下游的多样性，强化联盟研发契合市场之技术发展，以期打造完整的矽光子产业生态圈。

文章来源: SEMI 国际半导体产业协会