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
圖（國泰證期，2026-05）：矽光子晶片三維示意圖——SOI 晶圓上整合 Germanium PIN Photodetector（鍺 PIN 光偵測器，接收端 O→E）、Silicon waveguides（矽波導佈線）、Electro-optic Modulator（電光調製器，發射端 E→O）與 Optical coupler（光柵耦合器，晶片↔光纖 I/O）。所有元件在 CMOS 產線製造，與電子 IC 單片或異質整合（HB/SoIC），是矽光子的根本競爭力所在。
圖（國泰證期，2026-05）：PIC（Photonic Integrated Circuit）布局俯視圖——包含 Laser（光源輸入）、Optical ring resonator（環形共振器，波長選擇/濾波）、Optical modulator（電光調製器）、Optical waveguide（波導佈線）、Couplers（分光/合光）、Photonic crystal（特殊波長轉換）、Photo diode（光偵測器 O→E）與 Optical fiber（光纖 I/O）。PIC 把傳統多顆分立光子元件整合到單片晶片，是 1.6T 光模組與 CPO 光引擎成本下降的核心路徑。
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。
圖（知識力科技，2026-05）：馬赫任德調變器（MZM）結構——光分入上下兩臂，相位差控制干涉輸出（亮/暗），典型長度 >1000µm，不相容 3D-CPO。
MZM vs MRM 3D-CPO 相容性（知識力科技，2026-05）
| 指標 | MZM | SiGe/Ge EAM | MRM |
|---|---|---|---|
| 3D-CPO 相容？ | ❌ 過大（>1000µm） | ❌ 過大（50-100µm） | ✅ ~15µm 直徑 |
| 需額外多工器？ | 是 | 是 | 否（自帶多工功能） |
| 熱穩定性 | 穩定（兩臂溫差影響） | 需 feedback loop | 需 feedback loop（0–105°C） |
| 功耗 | ~50 mW | ~10 mW | ~1 mW |
| 傳輸懲罰 | <5 dB | <10 dB | <5 dB |
| 工作波段 | O-band + C-band | C-band 限定 | O-band + C-band |
結論：MRM 是 3D-CPO 架構唯一相容的矽調變器，因其尺寸極小（15µm）且自帶 WDM 多工能力，是 CPO 光引擎整合的關鍵技術路線。（來源：20260522_矽光子發展趨勢：技術演進與機會）
代工平台格局（2026）
| 平台 | 業者 | 市占 / 特色 | 代表客戶 |
|---|---|---|---|
| Tower Semiconductor | 美商（Nasdaq:TSEM），純晶圓代工 | 全球 SiPh 市占 60–70%；1.6T 量產中，3.2T InP 異質整合中；2025 Q4 季營收 1.6–1.9B | 廣泛 AI 資料中心客戶，簽 $1.3B 2027 產能預訂 |
| 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 |
| SilTerra | 馬來西亞，私人 | 較小型，利基市場 | — |
| Intel | IDM | 自用為主；CPO V-groove 玻璃耦合器 | 自家平台 |
圖（Latitude Design Systems，2025-08）：SiPh 收發引擎架構——Laser（光源）→ SiPh Tx/Rx Engine（含調變器、PD、波導）→ Prism™ 模組（TX Driver IC + DSP）→ 光學 I/O / 電氣 I/O。這是矽光子可插拔模組的典型訊號流程，CPO 版本省去 DSP 並將 Laser 改為外部 CW 連續波雷射。
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
圖（知識力科技，2026-05）：SiPh 生態系 IC 設計與製造廠商全圖——ASIC/xPU（NVDA/MRVL/AVGO/INTC/AMD/聯發科）→ 光子IC（NVDA/MRVL/AVGO/Lumentum/Coherent）→ 電子IC（+ MACOM MTSI）→ 晶圓代工（TSM/Tower TSEM/GF GFS/UMC）。
| 環節 | 廠商 | 角色 |
|---|---|---|
| 代工平台 | 2330_台積電（市） | COUPE N65+N7，SoIC 混合鍵合 |
| 代工平台 | GFS.US(globalfoundries) | Fotonix 300mm，O/C-band |
| plasmonics 調變器 | MRVL.US(marvell) | 收購 Polariton，~10µm、~1 THz |
| TFLN 調變器 | Nokia Bell Labs（研究） | ECTC 2026 TFLN CPO 發射器 |
| 光源 ELS | LITE.US(lumentum) | NVIDIA CPO 光源主供 |
| 光源 / 光模組 | COHR.US(coherent) | NVIDIA 入股 $20億 |
| CPO 平台客戶 | NVDA.US(nvidia) | COUPE，Spectrum-X CPO |
| CPO 平台客戶 | AVGO.US(broadcom) | COUPE，Humboldt → Davisson |
| 可拆連接器 | GLW.US(corning) | GLASSBRIDGE 離子交換玻璃連接器 |
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
相關技術
- 技術_CPO（SiPh 作為 CPO 的 PIC 平台）
- 技術_TFLN（突破矽調變器頻寬牆的材料路線）
- 技術_OCI（OCI 200G MSA 規格 → 矽光子調變器選型）
- 技術_混合鍵合（SoIC/CoW HB 整合 PIC+EIC）
- 技術_聚合物波導（板級光互連的互補技術）
- 技術_光互連
- 技術_光模塊
市場規模與 CPO 滲透率
圖（知識力科技，2026-05）：Silicon PIC 收入按應用分類——2024 2.1B（CAGR 31%）；Datacom pluggables 主導，CPO（scale-out + scale-up）從 ~761M（+188x）為最快成長子類別。
圖（TrendForce，2026-03）：CPO 在 800G+1.6T+3.2T 光模組出貨中的滲透率——2025: 0.05% → 2026F: 0.55% → 2027F: 2.21% → 2028F: 7.23% → 2029F: 22.07% → 2030F: 35.74%。CPO 真正放量在 2028-2030，與 Rubin Ultra/Feynman 世代時程吻合。
| 年份 | CPO 滲透率（TrendForce Mar 2026） |
|---|---|
| 2025 | 0.05% |
| 2026F | 0.55% |
| 2027F | 2.21% |
| 2028F | 7.23% |
| 2029F | 22.07% |
| 2030F | 35.74% |
光傳輸技術光源比較
| 技術 | 最大傳輸距離 | 速率（Gbps/lane） | 能耗（pJ/bit） | CMOS 整合難度 | 相對成本 |
|---|---|---|---|---|---|
| PCIe（銅） | 1m | 4 | >10 | 易 | 低 |
| Micro LED | 10–50m | 2–4 | 1–2 | 易 | 低 |
| VCSEL | 100m | 10–50 | 4 | 中 | 中 |
| CW 雷射（SiPh CPO） | 1,000m | 50 | 5 | 難 | 高 |
| EML | 40,000m | 100 | 4.5 | 中 | 中 |
MicroLED CPO 為短距（<50m）低成本方案，適合伺服器內部 scale-up 光互連；SiPh CW 雷射 CPO 適合跨機架 scale-out（1,000m）。（來源：20260522_矽光子發展趨勢：技術演進與機會）
關鍵廠商更新
Tower Semiconductor（TSEM.US(tower semiconductor)）是目前全球最重要的獨立 SiPh 純晶圓代工廠：2025 年 Q4 季營收 1.6–1.9B；已與客戶簽署 2027 年 $1.3B 產能保留合約（20% 預付款），顯示超算 AI 資料中心客戶對 SiPh 產能長期鎖定的信心。即使 CPO 封裝最終交由 TSMC COUPE 執行，Tower 的 SiPh 晶圓仍可獨立供應（不綁定 TSMC 生態）。
來源
2026-08-24 代工平台更新
報告_開源證券_Tower半導體矽光代工_20260818 估算 2025 年 Tower 在矽光晶圓代工市占約 42%，並指出其差異化在於開放型「矽光＋矽鍺」協同量產平台，可同步製造 PIC 與 TIA／Driver 高速電晶片；2025–2031 年全球矽光晶圓代工市場 CAGR 約 29.5%–30.4% 為券商估計，需與其他市場資料交叉驗證。
代工擴產與路線觀察
- Tower 規劃投入約 49.2 億美元於 Fab 2、Fab 3、Fab 7、Fab 9 的矽光／矽鍺產能；日本 Arai Fab 6 改造的 300mm 產線目標 2027Q4 具備量產能力，屬公司規劃／券商整理。
- 矽光子需求不只由 CPO 驅動，也包含 1.6T 可插拔模組、NPO 與外部 CW 雷射架構；因此 CPO 滲透若延後，仍可能由可插拔與 NPO 需求支撐部分晶圓代工量。
- 主要風險為「銅改光」速度、Fab 7 重組執行與其他代工廠同步擴產；不得把產能預訂、客戶名單或市占估算改寫為已確認訂單。
來源：報告_開源證券_Tower半導體矽光代工_20260818（開源證券，2026-08-18）。
- 20260522_矽光子發展趨勢：技術演進與機會（知識力科技 張勤煜，臺大電機博士，2026-05-22；MRM vs MZM 比較、CPO 滲透率 TrendForce、SiPh 生態系圖、MicroLED vs CW 雷射 CPO）
- research_simpletechtrend_CPO矽光子ECTC2026_20260629（STT 20 篇，2026-06-29）
- 技術_光互連（全球 SiPh 代工格局）
- Yuanta Tower Semiconductor silicon photonics AI datacenter capacity reservation 260701（元大，2026-07-01；Tower SiPh 業務深度）
- CPO 250815 Latitude silicon photonics supply chain（Latitude，2025-08-15；SiPh Tx/Rx 引擎架構、供應鏈格局）
- Optical Networking 260417 GS AI scale out scale up（Goldman Sachs，2026-04-17；全球光通供應鏈地圖）
相關頁面
- 供應鏈_AI光互聯
- 分子尼奧（私）
- 技術_InP磷化銦
- TSEM.US(tower semiconductor)
- KYOCERA（未）
- Mitsubishi Electric（未）
- Nokia Bell Labs（未）
- Polariton（未）
- Sumitomo Electric（未）
- 技術_玻璃基板
本次 ingest 更新（2026-08-22）
- DIGITIMES 報告整理矽光子晶片業者的競合策略，重點從單一光元件競爭轉向光電整合、共同封裝與 AI 互連平台競爭；來源仍屬產業觀察，信心中。
- 需持續追蹤 CPO、光引擎、雷射與封裝測試的分工變化，避免把「合作夥伴」誤寫成已確認供應商。
- 來源：矽光子晶片業者的競合策略 - DIGITIMES。