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矽光子傳輸量大 引爆商機

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羅濟威、STPI科技政策研究組 發表於 2018年3月26日

圖、矽光子技術主要應用
 
光子晶片主要是將無數個光學系統整合在晶片上,就如同現今的半導體晶片,但將利用超微透鏡取代電晶體並以光子來進行運算。光子晶片與傳統的半導體晶片相比下具有更高的運算效率以及訊息傳輸量,此外也兼具耗能低、運行過程中產生較少的熱,所以無須複雜的散熱設計等優點。因此被認為在未來可延續摩爾定律,傳承舊有矽晶片的發展。
 
在眾多光子技術中,矽光子及其相關技術憑藉其使用成本較低的矽與矽基襯底材料,並結合既有且技術成熟的 CMOS技術,使其極其受到青睞,自2015年IBM公司研制了矽光學晶片後,使得該技術呈現了爆發式的成長,並使得該技術自實驗室走入市場,吸引了微軟、亞馬遜以及Face book等網路公司的看好,因為這些公司的數據中心常在雲端資料連結並處理巨量的資料時,受限於傳統的銅線以及低速光纖的傳輸量,造成運行效率低落。
 
而矽光子技術的發展,將可有效的解決此問題,以2016年Intel®矽光100G PSM4 QSFP、以及Intel® 矽光100G CWDM4 QSFP所推出的收發器產品。憑藉著其微型、高速、低功耗的特性,可有效的解決目前數據交換瓶頸以及能耗問題,該產品整合了雷射與矽光子元件,透過調變技術,資訊傳輸速度可達每秒100GB,是傳統銅線傳輸的4倍,這將解決令各數據中心在運算能力上陷入困境的網路瓶頸。但矽光子技術的應用不僅如此,包含高速電腦、感測器、生命科學及量子運算等高階應用以及自駕車應用的光學雷達(Lidar)等需要大量交換資訊的應用也將受惠於該技術的發展。
 
在投入的廠商上,除了傳統半導體廠Intel、IBM、思科、Imec 等公司的投入,另一方面因矽光子技術涵蓋了半導體技術與光學技術,再加上此技術所帶來的大量數據或訊息交換的應用,將會改變傳統的通訊產業的運作模式,故Mellanox、Luxtera、Acacia、Finisar、Avago 等光通信公司以及設備商華為等公司皆投入相關研究。根據Yole的預估,矽光晶片市場受到在2015年僅4千萬美元,在2025年將會達到15億美元, 2015-2025年間之年複合成長率將達45%。
 
在2017年美國光纖通訊展(OFC)展示了目前最新研發成果,首先 Intel、 Luxtera、MACOM、Mellanox、Inphi等大廠皆宣布其矽光子模組的批量銷售,而中國公司包括華為、海信等也展出其研究成果及其相關的矽光產品。在此展覽發現,在技術上,自2016年11月由Facebook、SK電信、德國電信、Intel和NOKIA共同發起Telecom Infra Project (TIP)計畫中所推出的Voyager封包光學(packet-optical)交換器初次見證了未來電-光技術整合平台的可能性後,此次展覽更印證了矽光子技術已進一步的朝向光電混合封裝及其他混合封裝平臺技術發展,此外有更多的封裝材料和設備公司推出了矽光相關的產品。
 
處於矽光子領域處於領先地位的Luxtera公司除了發表該公司採用PAM4技術的100GCWDM2 QSFP光模組目前已送樣以及2X100G PSM4模組進入量產外,同時宣布將與台積電合作,將藉助台積電7nm CMOS工藝技術並用於2018年生產的100GBase-DR和400GBase-DR4模組。而中國的海信也發表了100G PSM4 QSFP28的模組。
 
矽光子技術的發展快速,在2016年,矽光子模組技術尚以100G的矽光子模組為主,但在2017年,廠商已展示400G的相關產品。目前各種熱門的新興技術發展,如:大數據、人工智慧、自駕車技術等,皆涉及了大量的訊息交換以及數據傳輸,而矽光子技術的發展將使得這些資訊的交換及運算更具效率,可預見,作為關鍵性的技術,隨著各家廠商的投入以及上述技術的需求所產生的推力,將有助於此技術快速發展並相關產業以及應用領域帶來新的契機。


(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)
本文刊登於經濟日報2018/03/25)

 
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