圖一 : 矽光子技術引領資料中心與AI運算

在高效能運算（HPC）與人工智慧（AI）應用快速發展的背景下，資料中心對高速、低功耗的光學互連技術需求日益提升。意法半導體（ST）射頻與光通訊事業群總經理Vincent FRAISSE描繪了ST對未來科技的願景：「我們正邁向一個由感測、自主推理和智慧執行驅動的世界。」這項願景建立在三大技術支柱上：

「我們正見證AI基礎架構的新紀元，未來所有伺服器元件都將透過光學互連技術緊密結合。」FRAISSE強調。

圖二 : 雲端互連智慧裝置時代

資料中心四大核心的技術突破

從半導體角度分析現代資料中心，FRAISSE將其解構為四大關鍵要素：運算單元、記憶體架構、電源管理和互連技術。意法半導體憑藉技術優勢，特別聚焦於其中兩個最具挑戰性的領域：

「在電源供應方面，我們致力於提升能源轉換效率；而在互連技術上，則要解決高速傳輸與能耗平衡的難題。」FRAISSE解釋道，「AI爆發性成長帶來的真正挑戰，不是單純追求更高性能，而是如何在提升頻寬的同時，優化每單位運算的功耗效率。」

深入探討雲端光學互連技術時，FRAISSE詳細解析了電光收發模組的關鍵組成：

「我們觀察到一個明確的技術轉折點，」FRAISSE指出，「無論是可插拔模組還是共封裝光學(CPO)方案，矽光子技術都將成為未來十年的主流選擇。」這項轉變主要受到AI運算集群需求的推動，預計到2030年，相關晶圓代工市場規模將達到20億美元。

圖三 : 因應運算能力日益成長的需求

當前資料中心的傳輸速度已達到800Gbps，但FRAISSE預見更驚人的發展：「3.2Tbps的傳輸能力將在不久後成為現實，這不僅需要革新性的矽光子技術，更需要整個產業鏈的協同創新。」他特別強調，這種速度躍升必須伴隨著能源效率的同步提升，才能真正滿足超大規模運算業者的需求。

傳統收發模組依賴數位訊號處理器(DSP)來確保訊號完整性，但FRAISSE介紹了更具突破性的解決方案：

「透過矽光子技術與先進BiCMOS的結合，我們開發出線性可插拔光學模組(LPO)，這種創新架構能直接省略DSP元件，不僅降低30%以上的功耗，更大幅減少訊號延遲。」

這項技術突破使得傳輸距離得以延長，同時支持單通道200Gbps的高速傳輸，為下一代400Gbps方案奠定基礎。

圖四 : ST為雲端伺服器打造先進解決方案

重磅技術發布：PIC100矽光子平台

最引人注目的，是FRAISSE正式宣布意法半導體的全新矽光子平台PIC100：

「這不僅是業界首個純矽12吋製程解決方案，更採用創新的邊緣耦合設計，相比傳統垂直耦合方式可顯著降低光學損耗。」

PIC100具有三大技術優勢：

「我們預計2025年下半年實現量產，這項技術已獲得AWS的深度合作與採用，將應用於其新一代資料中心基礎架構。」FRAISSE透露。

圖五 : 雲端光學互連的商機

共封裝光學(CPO)的未來佈局

對於GPU互連的技術演進，FRAISSE特別看好共封裝光學的發展前景：

「為了解決GPU間互連的密度與功耗挑戰，業界正積極發展光纖直連GPU的解決方案。我們的PIC100平台提供完整的技術套件，包括高密度調變器、客製化EIC和TSV 3D封裝技術，將加速這項技術的商業化進程。」

在電子IC(EIC)領域，意法半導體同步推出新一代BiCMOS技術B55X系列。FRAISSE解釋其優勢：

「B55X具有業界最佳的線性度和雜訊表現，特別適合LPO應用場景。目前已有20家客戶採用我們的BiCMOS技術開發解決方案，這項技術同時應用於大規模生產的RF前端模組。」

圖六 : 可插拔光學收發模組基礎概念

垂直整合的競爭優勢

作為少數擁有完整IDM(垂直整合製造)能力的半導體企業，FRAISSE強調意法半導體的獨特價值：

「我們在法國克羅爾的12吋晶圓廠同時生產矽光子和BiCMOS元件，不僅確保供應鏈穩定，更能提供從晶片設計、製造到電光測試的一站式服務。這種整合能力對追求CMOS級量產標準的客戶極具吸引力。」

FRAISSE說：「我們正站在技術革命的轉折點。AI不僅改變運算架構，更推動整個半導體產業的創新步伐。透過PIC100矽光子平台和B55X BiCMOS技術，意法半導體已做好準備，將與合作夥伴共同定義下一代資料中心與AI運算的標準。」

圖七 : 矽光子關鍵技術

意法半導體推動矽光子技術

Vincent FRAISSE特別強調，可插拔收發模組在高效能運算（HPC）與雲端運算中的關鍵角色，以及矽光子技術在其中的優勢。

可插拔收發模組的核心功能是透過調變器將電子訊號轉換為光訊號，並透過光電二極體將光訊號轉換回電子訊號。其主要組件包括光源（雷射）、光學引擎（由光子 IC（PIC）與電子 IC（EIC）組成），以及負責整體運作的微控制器。在某些高階應用中，模組還配備數位訊號處理器（DSP），用於均衡電子訊號輸出至 xPU。

隨著市場對更高傳輸量的需求增加，矽光子技術相較於現有的 EML 和 VCSEL 技術，展現出更卓越的效能。矽光子技術不僅支援更長的傳輸距離，也能提升運作速度，並且透過更線性的 EIC 和 BiCMOS 技術，有效降低功耗。

意法半導體早在十年前便投入矽光子技術研發，但當時市場尚未成熟，因此延後商業化時程。如今，隨著市場需求的成熟，公司正式推出全新技術平台 PIC 100，並強調這是目前唯一可支援每通道最高 200Gb 傳輸速率的純矽 12 吋技術。

圖八 : 新一代光學連結技術

PIC 100 受惠於意法半導體位於法國Crolles的 12 吋晶圓廠，採用先進微影技術，達到與數位 CMOS 製程相當的良率。透過創新的材料堆疊技術，PIC 100 使光纖可直接連接至光子 IC 的邊緣，而非傳統的垂直耦合方式，進一步降低系統損耗，這對光學傳輸的開發者而言是一大突破。

與現有的 VCSEL 和 EML 技術相比，矽光子技術具備多項關鍵優勢，包括：

此外，矽光子技術已應用於線性可插拔光學模組（LPO）與線性接收光學模組（LRO），透過更穩定、更線性且損耗更低的訊號傳輸，進一步減少功耗並支援更長的傳輸距離。

圖九 : 結合矽光子與BiCMOS技術

Vincent FRAISSE認為，轉向矽光子技術已是不可逆的趨勢，全球超大規模運算業者亦認同此觀點。公司已與 AWS 簽署合作協議，AWS 深度參與了 PIC 100 的開發，並計畫在技術量產後，將其部署於基礎建設中。

此外，意法半導體也與全球領先的光學解決方案供應商合作，這些市場領導者專注於可插拔光學收發模組，並計畫在下一代 1.6T 收發模組中採用 PIC 100，以應用於資料中心互連（DCI）與 AI 叢集。

PIC 100 預計於 2025 年下半年進入量產，將為市場帶來更精巧的設計、更遠的傳輸距離，以及業界尚未達到的純矽整合技術效能，持續引領未來資料中心與 AI 運算發展。

圖十 : BiCMOS加速市場採用動能

迎接資料中心與 AI 叢集新時代

隨著 AI 計算與資料中心對高速傳輸需求的激增，意法半導體正透過其創新的矽光子技術與 BiCMOS 技術，為未來的雲端光學互連提供關鍵解決方案。意法半導體射頻與光通訊事業群總經理 Vincent FRAISSE 表示，這些技術將在可插拔收發模組（Pluggable Optical Transceivers）、共封裝光學（CPO, Co-Packaged Optics）、以及最新的晶片對晶片（Chip-2-Chip）GPU 互連領域發揮關鍵作用。

可插拔收發模組的核心功能在於透過調變器將電子訊號轉換為光訊號，並透過光電二極體將光訊號轉換回電子訊號。其組成包括雷射光源、光學引擎（由光子 IC（PIC）與電子 IC（EIC）組成）、微控制器，以及在某些情況下配備數位訊號處理器（DSP），用於均衡輸出至 xPU 的電子訊號。

圖十一 : IDM模式提供強大競爭優勢

矽光子技術相較於現有的 EML 和 VCSEL 技術，提供更卓越的效能，支援更長的傳輸距離與更高的運作速度，並且可降低功耗。特別是在 LPO（線性可插拔光學模組）與 LRO（線性接收光學模組）應用中，透過更線性的 EIC 和 BiCMOS 技術，可移除 DSP 進一步降低功耗，同時提升訊號穩定性。

隨著連接密度持續提升並降低功耗成為業界關注焦點，機架後端的銅線連接正在逐步被光學連接取代。CPO（共封裝光學）或 Optical IO（光學 I/O）技術應運而生，其概念是將光纖直接連接至 GPU，使光學傳輸更加緊密整合。

此類光學 I/O 需要高密度調變器、客製化 EIC 解決方案，以及矽穿孔（TSV）與 3D 組裝技術，以降低損耗並提升密度。意法半導體將透過其 PIC100 設計平台，提供完整的技術工具組來支援 Optical IO 的開發與應用。

圖十二 : ST技術重點摘要

在電子 IC（EIC）領域，意法半導體擁有領先的 BiCMOS 技術，其最新推出的 B55X 技術憑藉最高的震盪頻率（Fmax）、最佳轉換頻率（FT）與低雜訊特性，成為單通道 200G 及下一代 400G 技術的理想選擇。

B55X 尤其適用於 LPO 模組，能在無 DSP 的架構下大幅降低功耗與延遲，對於超大規模運算業者而言極具吸引力。目前已有約 20 家大型客戶正在採用 BiCMOS 技術設計 EIC，並與多家合作夥伴攜手推動技術導入。

意法半導體正式發表全新矽光子技術平台——PIC100，這是目前唯一支援每通道 200Gb 傳輸速率的純矽 12 吋技術。其創新的材料堆疊設計，讓光纖可直接連接至光子 IC 的邊緣，降低系統損耗。

PIC100 將受惠於法國克羅爾（Crolles）的 12 吋晶圓廠，並採用先進微影技術，使良率可達數位 CMOS 製程水準。該技術將於 2025 年下半年進入量產，並已獲得 AWS 及多家光學收發模組領導廠商導入設計，預計應用於 1.6T 收發模組、資料中心互連（DCI）與 AI 叢集。

結語

AI 的崛起推動了更高速、更大頻寬與更高能源效率的技術需求，意法半導體以矽光子技術 PIC100 與 BiCMOS B55X 技術回應市場趨勢，並在光學傳輸領域建立強大的市場影響力。透過 12 吋矽技術平台與完整的供應鏈服務，意法半導體正引領未來雲端光學互連技術的發展。