技術_光電芯片

定義

光電芯片(Photonic / Optoelectronic Chip)是光模塊與 CPO 系統的核心有源器件,負責完成光/電訊號的轉換、調製、放大與傳輸。主要包括:

  • PD(Photodetector,光探測器):接收光訊號→電訊號
  • Driver(驅動芯片):電訊號放大,驅動調製器
  • TIA(Trans-Impedance Amplifier,跨阻放大器):PD 輸出電流→電壓,配合 ADC 前端使用
  • EML(Electro-absorption Modulated Laser):電吸收調製雷射,整合雷射與調製器
  • CW Laser(連續波雷射):硅光模塊外部光源
  • DSP(Digital Signal Processor):數位訊號處理,用於 LPO/傳統光模塊

圖解

圖(光通訊簡報,2025-03):EML(Electro-absorption Modulated Laser)結構截面——左側 DFB LD(分布反饋雷射)施 LD bias(電流 I)驅動 MQWs 有源區發光;右側 EAM(電吸收調製器)施 EA bias(電壓 V)控制光吸收完成調製;HR/AR coating 控制光腔反射,光從 Ultra-low AR 端輸出。EML 把光源與調製器整合在同一 InP 芯片,是傳統可插拔光模塊主流發射器件,與 TFLN(外部調製路線)和 Si MZM(矽光路線)並行競爭 1.6T+ 應用。

技術原理

供需緊張程度排序(2026 年,最緊到最寬鬆)

200G PD(缺口 60–70%)> Driver > TIA(相對緩和)> DSP(最寬鬆)

PD(光探測器)

200G PD 是 2026 年最緊缺的光電芯片:

項目數值
缺口率60–70%(2026 年)
單顆售價2–3 USD(vs 100G PD 的 0.6–0.8 USD)
晶圓尺寸主要 4 英寸 InP
單顆 Die 面積~350 × 350 µm
每片 4” 晶圓產出4–5 萬顆
能交付比例訂單的 60%+
2026 出貨>2,000 萬只
2027 出貨5,000–6,000 萬只

量產廠商(全球,2026 年僅有):Macom 和 博通。

材料瓶頸:受限於上游 InP(磷化銦)晶圓基板;主要採購日本住友,同時導入通美(AXT)。InP 基板漲幅 20–30%(剛過去季度已調整)。

800G 和 1.6T 光模塊的 PD 用量皆為 8 顆(Die size 基本一致)。

TIA(跨阻放大器)

項目數值
全球唯一量產 200G TIA 廠商(2026 年)Marvell
其他廠商Macom(2026 年底 / 2027 Q1),Semtech(差不多)
單顆售價(2026)30–40 USD
2027 預期價格20–30 USD(降幅 ~30%)
製程代工廠GlobalFoundries、ST(歐洲)、Tower,產能無瓶頸
每個模塊2 顆 TIA

Driver(驅動芯片)

  • LPO 1.6T 限制:800G LPO Driver EQ 均衡能力 8–10 dB,1.6T LPO 需要 20 dB,現有技術無法實現→ 1.6T LPO 量產至少兩年後。
  • CPO 中 Driver 角色:
    • TSMC + NVIDIA microled CPO:無需獨立 Driver 和 TIA(全部 TSMC 內部完成)
    • 博通 CPO 方案(硅光):仍需 Driver 和 TIA,預計 2027 下半年 / 後年量產

DSP(數字訊號處理器)

  • 頭部 Broadcom 和 Marvell DSP 已被北美客戶鎖定(合計 >85%)
  • 第三大供應商 MaxLinear:已開始與騰訊/字節/阿里接洽(在三星流片,供應相對保障)

CPO 中的光電芯片格局

CPO 方案調製器Driver/TIA特點
TSMC + NVIDIA(microled)TSMC 內部 microled無需獨立 Driver/TIA台積電 SoIC-X 混合鍵合
博通 CPO(硅光)SiPh PIC需要 Driver + TIA2027 H2 量產
通用 CPO 光引擎TFLN 調製器 + CWDriver(EIC)+ TIA64 組/系統

一個 CPO 系統(3.2T/6.4T 光引擎):64 個 Driver + 64 個 TIA(32 通道,每光引擎各 4 顆,一 CPO ASIC 搭配 16 個光引擎)。CPO 中 Driver/TIA die size 比光模塊更小,單通道成本約可插拔模塊的 50%。

EML/CW 的有效產能與篩選損耗(Coherent 專家觀點)

memo_EML_InP_CW_ELS_NPO_CPO專家觀點_日期不詳 將「晶圓面積增加」與「可交付晶片增加」拆成兩件事:3 吋轉 6 吋的理論面積約為 4 倍,但新尺寸仍須通過磊晶、應力釋放、溫度循環、調製製程與封裝後分測,初期不可能把全部舊產線一次轉換。使用者已確認講者是 Coherent 專家、文中「公司」是 COHR.US(coherent);來源並稱 200G EML 與 100/400mW CW 的單片良品數偏低,200G EML 在外加調製器製程的損失尤其明顯,尚待公司公告或量產資料交叉驗證。

觀察項目專家說法解讀
100G EML 晶片價格Lumentum 約 US6.5;Lumentum 曾由約 US7僅能視為採購/報價口徑的 estimate,不能與整顆光模組或不同世代 EML 單價直接比較
70/100mW CW1.6T 矽光模組可能仍用 4 顆,實際功率由 PIC 調變與光路能力決定終端驗證看整體 Spec;CW 的溫漂一致性比名目功率差異更關鍵
200G EML、400mW CW良率顯著低於成熟 100G EML/70–100mW CW高功率與高速產品的有效供給不能用晶圓面積線性推估
COB 後分測專家估計良率僅九成多,仍有二次損失晶圓良率以外,封裝與模組測試亦會吃掉可交付量

數字邊界

上述價格、良率與顆數均來自日期不詳的 Coherent 專家訪談,屬 estimate/rumor;文中「公司」已由使用者確認為 COHR.US(coherent),但仍不可直接改寫為 Coherent、Lumentum 或索爾思的正式公司指引。

關鍵參數 / 判斷指標

指標意義2026–27 觀察重點
200G PD 交付率光模塊出貨限制缺口 60–70%,主要 Macom/博通
InP 基板漲幅成本傳導20–30% 漲幅,PD 可能跟漲
TIA 量產家數競爭格局2026 Marvell 獨家 → 2027 年三家
Driver EQ 能力1.6T LPO 可行性現有技術 8–10 dB,需求 20 dB
CW Laser 供給SiPh 光模塊瓶頸Lumentum 領先,Tower 擴 5×
3→6 吋有效轉換率理論面積增幅與實際良品增幅的落差追蹤分批轉線比例、溫循/應力良率與 MOCVD 製程穩定性,不用「面積 4×」直接推導供給 4×
200G EML/400mW CW 單片良品數高速、高功率產品供給彈性若單片仍僅數百至不足千顆,短期瓶頸可能延續;需以具名廠商量產數據驗證

技術瓶頸 / 風險

  • 200G PD 缺口 60–70%:InP 晶圓基板供應受限;日本住友原供主力(中國管控稀有材料後擴產停止);AXT 份額提升中;雲南鍺業旗下公司約半產能被海思鎖定。
  • 硅光芯片:Tower Semiconductor 占全球 60–70%;GlobalFoundries 成本較高(更適合 CPO/OIO);2027 年 Tower 擴產 5×後供應才能緩解。
  • EML 最緊缺:全球緊缺排序:EML > SiPh > CW > 隔離器(法拉第旋轉片)。
  • 1.6T LPO 時程:1.6T LPO 仍在實驗室,距量產至少 2 年(Driver EQ 瓶頸)。

關鍵廠商

器件廠商角色
200G PD(量產)Macom(未建頁,美)全球僅兩家量產 200G PD 之一
200G PD(量產)博通 / Broadcom另一家量產,但自用優先
InP 磊晶(PD)4971_IET-KY(市)全球 InP/GaSb MBE 磊晶代工;供 Coherent 德州廠
InP 磊晶(PD/LD)2455_全新(市)MOCVD;800G PD 市占 ~80%;CW Laser 2026 Q3-4 量產
TIA(2026 唯一量產)Marvell(未建頁)Marvell 200G TIA 量產,DSP 頭部
Driver + TIA(Google)Macom(未建頁)Google 輕相干模塊 Driver+TIA 供應
SiPh 代工(全球 60–70%)Tower Semiconductor(未建頁)硅光芯片最大代工廠
EML 供應(主力)LITE.US(lumentum)200G EML、CW Laser 領先,高功率 CW 龍頭
EML + InP 供應COHR.US(coherent)EML + 旋光片(與索爾思互助協議)
CW Laser(高功率)Source Photonics(未建頁)DFB+SOA 方案,EML+CW 雙線
InP 磊晶(LD/PD)3081_LandMark光電(市)CW Laser + InP 垂直整合

應用場景

  • 800G/1.6T 可插拔光模塊(PD + TIA + Driver + EML/CW)
  • CPO 光引擎(TFLN + Driver + TIA 或 TSMC microled)
  • LPO 光模塊(無 DSP,Driver EQ 加強)
  • Google 輕相干模塊(旭創/Coherent/Lumentum 三供)

相關技術

來源

相關頁面

2026-08-20 Lumentum IR:EML/CW/超高功率雷射供需

  • 活動_Lumentum_Fubon_LITE_IR_20260820:EML 供需缺口仍約 30%;2026 年底單位產能較 2025 年底增加 50%,200G EML 預計占 EML 營收約一半。以營收計,200G EML 可能在 2026 年底後成為主力;以單位數量計,可能延至 2027H2。
  • Lumentum 已開始生產 200G lane speed CW 雷射供矽光子光模組使用,重新設計後占用空間縮小 30%;目前約占總產出 8–9%,長期可能達 EML 加 CW 合計的 20% 但不超過。以上為公司交流口徑,信心中。
  • 超高功率雷射用於 CPO/NPO 的產能可能成為產業瓶頸;短期有效供給受製程難度、良率與擴產速度限制,不能以晶圓面積直接線性推估。