隨著5G、人工智慧（AI）、雲端運算及高效能運算（HPC）等應用蓬勃發展，全球資料流量呈現指數型成長，資料中心面臨日益嚴峻的頻寬與功耗挑戰。為滿足高速傳輸與低功耗的雙重需求，「矽光子」（Silicon Photonics；SiPh）技術迅速崛起，成為次世代高速通訊與運算平台的重要解決方案。

矽光子技術發展現況

矽光子是一種將光學元件與電路集成於矽基板上的技術，利用矽的光學特性實現訊號的光學傳輸與處理。相較傳統銅線傳輸，光訊號具有更高頻寬、更低延遲與更佳抗干擾性。透過矽製程，SiPh 可與既有 CMOS 技術兼容，具備大規模量產的可行性，並降低製造成本，實現電光混合晶片的發展藍圖。

目前，全球主要晶片與通訊領導廠商如 Intel、Cisco、Broadcom、IBM、NVIDIA 以及新創公司 Ayar Labs 等，皆已投入矽光子技術開發與應用布局。應用範疇從資料中心伺服器內部互連（Intra-Data Center Interconnect）、光收發模組（Optical Transceivers）、光子神經網路，到未來可能的處理器內部光互連（On-Chip Optical Interconnect）等，均呈現快速擴展的趨勢。

為什麼市場需要矽光子？

在摩爾定律逐漸逼近物理極限、電訊號傳輸頻寬瓶頸浮現的當下，矽光子技術的優勢日益受到重視。以下幾點說明市場對矽光子的迫切需求：

1.資料傳輸頻寬爆炸成長：現今 AI 模型如 GPT、PaLM 等需進行龐大參數運算，模型訓練與推論過程牽涉數千個 GPU/CPU 間高速通訊，頻寬成為系統效能瓶頸。矽光子提供的光互連解決了距離與頻寬限制，可大幅提升系統整體效能。

2.降低功耗與熱管理負擔：傳統電訊號傳輸距離越長，功耗越高，且容易產生熱點，進而影響系統穩定性。光訊號傳輸耗能極低，適合高密度、高速的運算平台。光訊號在矽波導中的傳輸損耗遠低於銅線，特別是在10公尺以上的距離下效果更為明顯。例如，在同樣的傳輸距離與資料速率下，光互連可節省數倍以上的功耗，提升系統整體能效（performance-per-watt）。

3.支援晶片異質整合：未來運算系統多採異質架構，如將 CPU、GPU、記憶體、AI 加速器等透過先進封裝技術整合。矽光子可實現晶粒間低延遲、高頻寬的光學互連，支援多晶粒系統（Chiplet）發展。

4.資料中心升級與節能趨勢：全球資料中心面臨擴容與節能壓力，矽光子模組可支援 400G、800G、甚至 1.6T 高速通訊規格，滿足未來網路升級需求。

矽光子發展三大方向

隨著AI算力需求持續飆升、6G網路研究加速、量子運算與光子神經網路等先進應用浮現，矽光子技術的未來潛力備受期待。根據市調機構Yole Intelligence的預測，全球矽光子市場規模預計將從2023年的約15億美元，快速成長至2030年超過100億美元，年複合成長率高達30%以上，成為高科技領域增長最快的技術之一。

未來的發展重點將集中於三大方向：

1.晶片內部光互連（On-chip Optical Interconnect）：當前SiPh主要應用於晶片之間的互連，但隨著資料流量進一步提升，將有機會擴展至晶片內部，取代傳統金屬線，進一步壓縮延遲與功耗。

2.異質整合與先進封裝融合：矽光子將與Foveros、CoWoS、X-Cube等3D封裝技術緊密結合，實現更高整合度與模組化光學解決方案，加速商用部署。3.AI與光子運算的融合：隨著光學運算概念成形，SiPh元件將不僅用於資料傳輸，更可能成為計算的一部分，像是模擬類神經元、矩陣乘法等，形成真正意義上的光電混合AI平台。

長期而言，矽光子將不僅改寫資料中心與通訊設備的設計邏輯，更可能成為普遍存在於個人裝置、車用平台、邊緣設備的標準技術，推動全世界邁入真正的光聯網時代（Photonic Internet Era）。

矽光子測試的挑戰

雖然矽光子展現強大潛力，但在製造與量產階段，特別是測試環節，仍面臨諸多挑戰。矽光子晶片結合電子與光學元件，測試方法與傳統電晶體電路截然不同，需同時具備光學與電性驗證能力。

1.測試複雜度高、時間長

矽光子模組需測試波導、雷射、調變器、光檢測器等元件，每個光學元件對位置、角度與入光精度高度敏感，造成自動化測試困難。目前多數測試仍仰賴半自動或手動調整，耗時費工。

2.缺乏標準化測試平台

目前矽光子技術仍處於發展階段，各家元件設計、製程參數不一，缺乏統一的測試標準與自動化解決方案。這導致測試設備昂貴且通用性差，無法滿足大規模生產所需。

3.混合訊號測試的整合挑戰

SiPh 系統同時涉及高頻電訊號（RF）、數位訊號以及光訊號，測試平台需具備跨域能力，如同時支援光譜分析、BER（Bit Error Rate）測試、眼圖分析等，且在高速下保有精準度。

4.封裝與測試一體化問題

隨著矽光子模組走向封裝內整合（如 Co-Packaged Optics, CPO），測試階段越來越靠近封裝前後段流程，如何在封裝前完成高良率光學測試，降低後段失敗率，是目前業界積極研究的重要議題。

結語

矽光子技術正快速從實驗室走向商業化階段，成為支撐高速運算、資料中心及異質整合架構不可或缺的關鍵技術。它不僅延續了半導體產業的創新動能，也開啟了光電融合時代的嶄新篇章。

然而，矽光子在量產與測試面仍有諸多挑戰有待克服。隨著產業鏈逐步成熟、測試標準建立、自動化設備精進，未來矽光子有望實現更高良率、更低成本的製造目標，加速落地應用。

對於追求高速、低功耗、高密度的下一代系統架構設計者而言，矽光子不再只是選項，而是通往未來的必經之路。