技術_矽光子（SiPh）
定義
矽光子（Silicon Photonics, SiPh）是在標準 CMOS 相容製程上整合光子元件（調變器、光偵測器、波導、耦合器）的技術，讓光訊號傳輸在晶圓廠可量產的矽平台上實現。相較 InP 磊晶方式，矽光子具有成本低、尺寸小、可大面積製造的優勢，是 CPO 與高速光模組的主流平台。
2026 年 SiPh 在光模組的滲透率已超 50%（2026 OFC 確認），是 1.6T 出貨的主要技術路線（估 50–70% 滲透率）。
圖解
flowchart TD
A[矽晶圓<br/>CMOS 相容製程] --> B[PIC 光子積體電路<br/>調變器 + 波導 + PD]
C[EIC 電子 IC<br/>Driver / TIA / 控制] --> D[3D 整合<br/>SoIC / HB]
B --> D
D --> E[光引擎<br/>CPO / NPO / LPO]
E --> F1[scale-up 光互連<br/>NVLink / OCI]
E --> F2[scale-out 可插拔模組<br/>400G / 800G / 1.6T]
subgraph 代工平台
G1[GF Fotonix 300mm]
G2[TSMC COUPE N65]
G3[Tower Semiconductor]
end
A --> G1
A --> G2
A --> G3
G1 & G2 & G3 --> B
技術原理
核心器件
| 元件 | 功能 | 材料選擇 |
|---|
| 調變器（Modulator） | 電→光訊號轉換 | Si MZM/MRM、TFLN、plasmonics、EML |
| 光偵測器（PD） | 光→電訊號轉換 | Ge-on-Si |
| 波導 | 光路導引 | Si、SiN |
| 耦合器（Coupler） | 光纖↔PIC 耦合 | 邊緣耦合（SSC）、光柵耦合（GC） |
調變器三路線並進（2026 現況）
| 路線 | 代表 | 頻寬 | 長度 | 優勢 | 挑戰 |
|---|
| Si MZM/MRM | TSMC COUPE | 50–60 GHz | 毫米級 | 成熟/量產 | RC 頻寬牆 |
| TFLN（薄膜鈮酸鋰） | Nokia Bell Labs / 光庫 | >50 GHz | 毫米級 | Vπ低/頻寬高 | 耦合損耗待解 |
| plasmonics（電漿子） | Marvell × Polariton | ~1 THz | ~10 µm | 突破繞射極限 | 可靠度驗證早期 |
⚠️ 路線轉向（規則 #14）：Marvell 2026 年收購 Polariton（ETH Zurich 血統），把 plasmonics 調變器路線收進 SiPh 生態——調變器不再只有 Si 一條線，TFLN、EML、plasmonics 三線並進，對供應鏈格局影響深遠。
代工平台格局（2026）
| 平台 | 業者 | 市占 / 特色 | 代表客戶 |
|---|
| Tower Semiconductor | 美商，IDM | 全球 SiPh 市占 60–70% | 廣泛 |
| GF Fotonix | GlobalFoundries | 300mm 單片 O/C-band；含 SiN SSC、V-groove | Coherent 等 |
| TSMC COUPE | 台積電 | N65 PIC + N7 EIC，SoIC 混合鍵合；23× 頻寬密度 | NVIDIA、Broadcom、Ayar |
| Intel | IDM | 自用為主；CPO V-groove 玻璃耦合器 | 自家平台 |
關鍵參數 / 判斷指標
| 指標 | 意義 | 觀察重點 |
|---|
| 插入損耗 | 光耦合效率 | SSC + 可拆連接器 <1.5 dB 為商用門檻 |
| 調變器頻寬 | 支援速率 | >45 GHz 才能跑 53.125 Gbaud NRZ（1.6T lane） |
| 光纖耦合方式 | 耦合方案 | 邊緣耦合 vs 光柵耦合、主動 vs 被動對位 |
| 晶片整合良率 | 量產可行性 | COUPE 32 顆 OE 複利 >99.5% 才夠 |
技術瓶頸 / 風險
- 矽調變器 RC 頻寬牆：50–60 GHz 上限（電導率 + 自由電子吸收），需要 TFLN 或 plasmonics 接棒
- 光纖耦合：邊緣耦合（±1 µm 精度需求）vs 光柵耦合（溫度敏感），CPO 量產的隱形關卡
- 散熱管理：光元件與 ASIC 共封裝後散熱路徑複雜（KYOCERA 面朝下散熱方案：雷射溫降 15.3°C）
- 雷射光源：CW DFB 雷射仍採 InP 異質整合，功率/可靠度/成本三角
關鍵廠商
應用場景
- scale-up 光互連（AI 叢集 GPU↔GPU）：OCI MSA、NVLink 光版本、NVIDIA Spectrum-X
- scale-out 可插拔光模組：400G→800G→1.6T→3.2T，DR/FR 規格
- CPO 共封裝：COUPE 平台整合 PIC+EIC+光纖耦合
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來源
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