1
產業
台積電在 SEMICON Taiwan 2023 國際半導體展中表示，矽光子將成為半導體產業的關鍵技術，並認為其為能解決能源效率與 AI 運算問題，引發市場高度關注矽光子題材。究竟什麼是矽光子？矽光子概念股有哪些？矽光子未來展望與挑戰又是如何？本篇文章帶你一探究竟！
編按：2024/04/26 更新，矽光子議題再次發酵！台積電於 2024 年北美技術論壇表示緊湊型通用光子引擎（COUPE）技術將於 2025 年完成驗證，並預計於 2026 年整合 CoWoS 封裝，成為 CPO 導入。
矽光子是什麼？
矽光子（Silicon Photonics）是一種「積體光路」，為電子與光子結合的技術，將光路微縮成一小片晶片，晶片內的線路皆使用可導光材質，這些線路被稱為「光波導」，而光可以在光波導中進行傳輸，從而實現高速率、低功耗的數據傳輸，矽光子技術的最終願景是全面以光訊號代替電訊號，不過實務上仍有許多問題待克服。
隨著生成式 AI、資料中心的崛起，矽光子成為關鍵技術，為了進一步加速傳輸速度以提高運算力，共同封裝光學元件（CPO, Co-Packaged Optics）技術開始興起，將傳統光收發模組中光通訊元件與交換器晶片整合，減少資料傳輸路徑。
💡想知道 CPO 是什麼可以看這裡＞＞＞CPO 是什麼？CPO 概念股有哪些？CPO 可以投資嗎？
矽光子優點
那麼矽光子有什麼優點呢？矽光子晶片將龐大的光學系統微縮成小晶片，除了體積大幅縮小，晶片內使用導光線路傳導，比起傳統的光學系統，矽光子擁有晶片製造成本低可量產、執行更繁複的功能、降低能源功耗且提升運算力、傳輸速度快且距離遠等優點。
- 晶片製造成本低可量產：矽光子晶片製造方式與積體電路相同，製造技術相當成熟，因此可以用便宜的成本，量產大量的晶片，且矽光子晶片性能比傳統光學系統更可靠。
- 執行更繁複的功能：矽光子晶片中可以使用大量元件組成複雜光路，比起傳統光學系統能執行更複雜、繁瑣的功能。
- 降低能源功耗且提升運算力：利用 CPO 技術，將模組與晶片共同封裝至載板，讓矽光子元件更靠近 CPU 與 GPU，縮短電的傳輸路徑，以達到降低傳輸耗損與訊號延遲，依工研院資料顯示，矽光子技術可使資料傳輸量提升 8 倍、節省 50% 功耗，並增加 30 倍以上的算力。
- 傳輸速度快且距離遠：矽光子技術將原先使用銅線傳輸的電子資料，轉換為更快速且穩定的光纖資料，以 CPO 技術結合晶片與光子積體電路，將電訊號轉換為光訊號，大幅提升傳輸速度與距離。
矽光子突破摩爾定律？
摩爾定律預測，相同尺寸晶片所能容納的電晶體數量，隨著製程技術的進步，每經過 18~24 個月會增加一倍，效能也會隨之提升，不過隨著電晶體縮小到矽材料的物理極限，最終將無法再突破最大效能，且無法避免電損耗的問題。矽光子以光訊號代替電訊號，實現更高頻寬、更高效能的資料傳輸，使晶片不需要再藉由堆擠更多電晶體來提高效率，不需再追求更奈米與節點的電晶體，透過矽光子技術突破摩爾定律。由於矽光子擁有高頻寬、小尺寸、低功耗和成本效益等優勢，在網路通訊與高速運算領域極具發展潛力。
💡摩爾定律相關文章 >> 2 奈米製程重大突破！台積電為何能續命摩爾定律？
矽光子概念股
相信大家一錠很好奇台股有哪些矽光子概念股，矽光子產業鏈包含磊晶製造、晶片設計與代工、光收發模組、交換器、封測、測試介面廠等，近期受到台積電聚焦矽光子議題影響，台股中矽光子概念股表現強勢，並且帶動網通族群向上攻高，有望接棒 AI 族群成為下一波資金佈局的產業，以下介紹熱門的矽光子概念股。
| 資料來源：作者整理 | |||
| 矽光子概念股 | |||
| 產業 | 股票代碼 | 股票名稱 | 股價（截至 2024/04/26） |
| 磊晶 | 3081 | 聯亞 | 123 |
| 2455 | 全新 | 142.5 | |
| 晶片設計與代工 | 2330 | 台積電 | 785 |
| 光收發模組 | 3163 | 波若威 | 100 |
| 4979 | 華星光 | 115.5 | |
| 4977 | 眾達-KY | 72.8 | |
| 3234 | 光環 | 44.95 | |
| 6442 | 光聖 | 134 | |
| 3363 | 上詮 | 121.5 | |
| 6451 | 訊芯-KY | 171 | |
| 4908 | 前鼎 | 100.5 | |
| 交換器 | 2345 | 智邦 | 419.5 |
| 3380 | 明泰 | 32.35 | |
| 封測 | 3711 | 日月光 | 143.5 |
| 6257 | 矽格 | 71.2 | |
| 3265 | 台星科 | 125.5 | |
| 測試介面 | 6223 | 旺矽 | 409 |
| 6515 | 穎崴 | 857 | |
除了以上台股的矽光子概念股，美股也有許多股票屬於矽光子領域，包含 Cisco、Intel、Broadcom、Marvell、Nvidia 等，都屬於矽光子與網通概念股，佈局美股的投資人可以多加關注。
💡網通相關文章 >> 網通是什麼？網通概念股有哪些？網通產業還能投資嗎？
大廠佈局矽光子技術
除了上述提到的矽光子概念股以外，還有哪些大廠正積極布局於矽光子的技術呢？台積電在 SEMICON Taiwan 2023 大談矽光子進度，並稱其為解決能源效率和 AI 運算兩大問題的關鍵技術，一夕之間矽光子成為熱門的討論焦點，事實上早在 2012 年半導體大廠 Intel 就已經投入佈局，近年來各知名科技大廠如：Cisco、Broadcom、Juniper、Marvell、AMD、Nvidia 和 IBM 等都積極佈局矽光子技術，而 Microsoft、Meta 等網路業者也將尋求 CPO 技術應用於網路架構中。
- Intel：最早實現矽光子商業化應用的企業，2010 年推出矽光子技術，2012 年設立專屬事業部，2016 年開始大量出貨，2022 年成功展示矽晶片上整合控制八波長雷射陣列的研究成果。
- 台積電：2017 年與 Luxtera 共同開發新世代的矽光子技術，在封裝段也有使用 COUPE 矽光子晶片異構整合技術，市場更傳出台積電正與大客戶 Broadcom 和 Nvidia 共同開發矽光子技術新產品，最快可能 2025 年量產。
- IBM：20 年前即開始研究矽光子技術，2015年 IBM 在矽光子技術研究上出現重大突破，使矽晶片得以利用光脈衝取代銅線來傳輸資料，大幅提升資料傳輸速度與距離，以支援當時資料中心與雲端的運算需求。
- Broadcom：博通在 CPO 技術上處於領先地位，2022～2023 年推出 Tomahawk 4、 Tomahawk 5 交換器晶片，未來超大規模資料中心將大量採用 CPO 產品，博通有望主宰市場。
矽光子應用領域
根據 Yole 的分類，矽光子應用領域目前以資料中心交換器（Data center tranceivers）、長程交換器（Long haul tranceivers）、5G 交換器（5G tranceivers）、免疫分析（Immunoassay）、光纖陀螺儀（Fiber-optic gyroscope）為主，終端應用如 AI 伺服器、資料中心、超級電腦、5G 通訊、光學雷達、醫學感測器等，Yole 的統計數據顯示，2021 年矽光子應用市場規模為 1.51 億美元，至 2027 年時應用市場會成長到 9.72 億美元，年複合成長率高達 36%。
💡AI 伺服器相關文章 >> 伺服器（server）是什麼？？AI 伺服器商機湧現！
矽光子挑戰
目前矽光子技術在元件整合上面臨挑戰，由於光子元件效能為溫度和路徑相當敏感，製成中的線寬與線距對光訊號影響大，欲開發更高效能的光子元件結構和製成，必須擁有一個溝通平台，提供光電廠商設計規格、材料、參數等資訊整合。其次短期內矽光子主要仍應用於利基市場，目前多屬於客製化服務，缺乏統一平台將阻礙矽光子技術發展，且封裝製程與材料標準仍處在待建立階段，若未有統一規格，難以大量導入資料中心等廣大市場。
光通訊領導廠商華星光於 9/14 召開法說會，說明目前市場主流仍為 400G、800G 產品，可插拔式模組在 1.6T、3.2T 產品中仍不會被 CPO 取代，華星光預估 2026 年 CPO 應用市場規模達3億美元，表示 CPO 等矽光子技術在 2026 年以後才會開始普及。代表目前矽光子技術難以對營收有顯著貢獻，此狀況在其他矽光子與 CPO 概念股也是如此，觀察該產業類股的營收表現，目前矽光子技術對營收的貢獻微乎其微。
矽光子未來展望
根據研調機構 MarketsandMarkets 的數據顯示，2022 年全球矽光子的產值約為 13 億美元，預估 2028 年全球矽光子的產值將上升至 50 億美元，年複合成長率達 28.5%，其他研調機構也大致認為矽光子產業的產值在未來 5～10 年約有 25～30% 的年複合成長率。
矽光子擁有製造成本低、可執行繁複功能的優點，且其能支援更快速的傳輸、更低的能源耗損，隨著 AI 伺服器、資料中心的崛起， 矽光子技術的發展備受矚目，成為解決 AI 與資料中心運算力與能源問題的關鍵技術，預期在解決製程技術與相關零組件問題後，產業將有爆發式的成長。
- AI、資料中心的關鍵技術：矽光子利用光訊號傳輸，可以避免在高速傳輸時產生過多的能源耗損，且支援更高的傳輸速度、更遠的傳輸距離，成為未來能推動 AI 等高速運算應用的關鍵技術。。
- CPO 技術難題尚待解決：目前 CPO 技術能處於發展前期，由於光訊號比電訊號更為複雜，廠商之間的互通性低，在尚未發展出統一規格前，難以大規模量產供資料中心使用，且光通訊元件整合至交換器內部後，將面臨更換難度高等問題。
【延伸閱讀】
223169
