矽光子：晶片內的「光纖網路到府服務」-SEMICON 2025

SEMICON 2025 宣告：晶片內不再是數據機的「嗶—吱—」。面對 AI 巨量需求，矽光子正將數據傳輸從平面電話線，升級為高速光纖時代！

 

 

今年的 SEMICON Taiwan 2025 展會，明確揭示了半導體產業已駛入「大航海時代」，競爭焦點從傳統的製程微縮，轉向以 AI 需求為核心的異質整合與光電融合。

 

 

在這場轉變中，一個新興技術被視為可能解決未來十年數據瓶頸的戰略核心。

 

 

- 矽光子 (Silicon Photonics) 

 

 

我們可以將這個技術，理解為一次徹底的網路基礎設施大升級，只不過這次發生在那微小、精密的晶片內部。

 

 

┃從「電話線」到「光纖」的升級

 

 

「嗶—吱—噠—滴滴… 喀嚓…」

 

 

(來源: pexel.com)

 

 

還記得以前要上網前，家中的數據機因為需要跟外部數據機構通，不免都會聽到嗶嗶噠噠的前奏...好像是一段上網前的咒語

 

 

這串數據機撥接上網的聲音，或許早已成為遙遠的記憶。它代表著網路時代的起點，卻也象徵著電子訊號傳輸的極限。

 

 

過去數十年，晶片內部元件主要依靠金屬線路來傳輸數據，這就好比以前家中一直使用著傳統的電話線來上網。這種傳輸方式速度慢、頻寬窄，隨著 AI 運算量如海嘯般襲來，這種電子訊號傳輸方式面臨延遲與散熱等問題。

 

 

而矽光子技術極可能成為下一個經典。

 

 

它的核心理念是將數據的傳輸媒介從「電」，就像是汽車在窄巷裡行駛，徹底轉換為「光」，像光速在專用光纖中傳輸。這就像電信公司直接拉了一條專屬的超高速光纖網路到家中，實現了光纖網路到府。矽光子技術利用半導體製程，在晶片上精確刻畫出光波導*，這就是晶片內部的微型光纖線路。光訊號以光速在這條線路上傳輸，極大地降低了延遲、消除電阻帶來的功耗。這場從電到光的轉變，為所有半導體製造商的產品性能和能源效率帶來了質的飛躍。

 

 

*光波導 (Waveguide): 這項技術的原理並不陌生。我們家中使用的光纖線纜，其數據能以光速傳輸，正是因為線纜的核心材料具備光波導的特性。光波導是一種利用材料折射率差異，將光訊號鎖住在核心內、防止其逸散的結構。矽光子技術正是將這一原理微縮化。它直接在矽晶片上，透過精密的製程刻畫出奈米級線路。


 

┃為什麼需要光纖網路?

 

 

(來源: pexel.com)

 

 

為什麼我們需要光纖網路？想像一下，過去我們想在家看電影，必須去租借實體錄影帶或 DVD；這就好比晶片內數據必須透過電訊號在實體銅線上緩慢傳輸。但是，串流服務的出現徹底改變了生活，數據以光速傳輸，隨時隨地瞬間可得。(但還是有點懷念以前周末租錄影帶的儀式感...)

 

 

矽光子技術之所以在 SEMICON Taiwan 2025 上被譽為未來三到五年後發酵的藍海，正是因為它直接針對了 AI 算力擴展的兩個核心物理極限，這兩大極限正迫使半導體產業走向全新的異質整合架構。

 

 

首先，是單一晶片性能的極限與 3D IC 的興起。雖然先進製程仍在繼續微縮，但電晶體逼近物理極限的速度越來越快，難度也越來越高。業界已轉向 3D IC 異質整合，將多個晶片像積木一樣垂直堆疊，以提升整體性能，如CoWoS。

 

 

然而，當堆疊的晶片越多，晶片之間、以及晶片與外部記憶體之間需要交換的數據量就越大，這使得傳統的電子互連線路成為整個系統中最脆弱的主要瓶頸。數據在堆疊層次間傳輸時，如果仍然依賴舊有的電路，那麼 3D IC 增加的算力將被傳輸的延遲所抵消。矽光子正是為此而生，它以光速互連取代電路，從根本上解決了 3D 封裝體積內部的數據傳輸效率問題。

 

 

其次，是系統級功耗的極限與能源管理壓力。根據展會上的數據，生成式 AI 與高效能運算 (HPC) 推升的資料中心流量在短短十多年內暴增逾 70 倍。如果數據傳輸繼續依賴耗能的電訊號，資料中心將需要消耗天文數字的電力。

 

 

能源管理也因此被 SEMI 總裁點名為下一個十年的三大主軸之一。矽光子技術正是這個困境的解方，它在晶片上將訊號轉為光訊號，實現低於傳統電路數十倍的數據傳輸功耗。

 

 

此外，矽光子讓晶片能直接以光訊號與外部光纖網路連接，消除訊號轉換的延遲和耗損，使 AI 伺服器集群的整體通訊效率達到前所未有的高度。因此，誰能率先掌握矽光子技術的規模化量產，誰就能主導 AI 和 HPC 的下一個世代。

 

 

┃晶片內光纖到府的挑戰

 

 

矽光子技術的成熟與否，最終取決於材料的突破與製程的極限控制。這對半導體製造商的材料採購與製程潔淨度提出了前所未有的「光學級」要求。

 

 

(來源: pexel.com)

 

 

要在晶片上準確刻畫出能夠導引光線傳輸的微米／奈米級光波導，任何微小瑕疵都可能造成光訊號的散射或衰減，進而降低元件性能與良率。要能克服這個前所未有的挑戰，三項關鍵材料可能是關注焦點：

 

 

矽光子製程的三大「極限挑戰」

 

焦點	技術挑戰	材料／製程需求	產業現況與趨勢
1. 蝕刻與清洗的「極限潔淨」革命	波導側壁與表面若殘留金屬離子、有機物或奈米顆粒，會造成光訊號散射與吸收損耗，導致插入損耗上升與良率下降。	使用超高純度蝕刻液與清洗液（ppt 級金屬雜質控制）、奈米級顆粒過濾、乾燥與再沾污抑制策略（如超臨界乾燥或低殘留乾燥）。	先進晶圓廠對濕製程化學品的純度要求已高於傳統電子電路；業界正朝「原子層控制級」潔淨度方向發展（較「原子級」表述更審慎）。
2. 異質整合材料的穩定性	III–V 與 Si／SiGe 鍵合易因界面殘留或 CTE 不匹配產生反射、應力或對準偏移。	低損耗、高熱穩定中介層（如 SiO₂、BCB、光學膠等）；表面活化與去污；鍵合前界面無氧化物／有機殘留的嚴格控管。	異質整合為主流研發方向；各廠投入新型鍵合化學與中介層配方，以提升可靠性與封裝效率。
3. 高精度檢測與新興基板材料	光學元件對缺陷容忍度極低，傳統 SEM／AFM 難兼顧大面積與奈米級檢測。	導入顯微干涉、陣列式奈米視野檢測與自動化光學量測；開發玻璃與 SiC 等非矽基板專用蝕刻液、清洗與緩蝕體系。	新型檢測設備與基板材料快速崛起，帶動對專用化學品的新需求，成為供應鏈焦點。

 

 

延伸閱讀: 為什麼有些材料加熱會縮小？揭秘負熱膨脹NTE材料

 

 

總而言之，矽光子技術正將材料標準從純淨推向近乎完美。從化學液體的純度、鍵合介質的穩定性，到檢測設備的解析度，整個供應鏈都必須升級以支撐光學級製程的誕生。未來能穩定提供超高規格材料與精密製程支援的供應商，將成為矽光子時代的關鍵夥伴。

 

 

┃戰略佈局 持續領先

 

 

SEMICON Taiwan 2025 的成果展現，強烈地將臺灣半導體產業的戰略焦點鎖定在了矽光子 (Silicon Photonics) 與 3D IC 異質整合這兩大關鍵領域。這不是遙不可及的技術願景，而是迫在眉睫、具備明確商業時程的市場需求。從展會中，可以提取出對所有半導體製造商最具實務價值的兩大信號：

 

 

第一，技術門檻正在平台化。臺灣已在這些新興領域建立了務實的加速機制。工研院成功開發的 1.6 Tbps 矽光子光引擎模組，並攜手日月光等業者打造了矽光半導體開放式平台。這個平台提供從設計、製造、整合到封測的一站式服務。這些平台的建立，意味著製造商導入尖端技術的時間和成本風險被大幅降低，將加速技術從實驗室階段進入大規模量產，也讓供應鏈的需求更加急迫且具體。

 

 

第二，供應鏈的品質標準必須立即升級。在 SEMI 總裁曹世綸點明的下一代三大主軸（矽光子、3D IC、能源管理）下，材料標準是決定良率的最後一道關卡。無論是 3D IC 堆疊對鍵合材料 CTE 穩定性的嚴苛要求，或是矽光子對奈米級零雜質的潔淨度要求，都表明傳統電子級材料已無法勝任。

 

 

隨著臺灣戰略平台加速技術落地，對供應鏈的影響將是深遠且即時的。務實的做法是立即評估並升級關鍵材料採購標準，確保在迎接這場光電融合革命時，產線能夠憑藉穩定、高品質的材料供應，持續在全球市場中的領先優勢。