2024 SEMICON Taiwan各大廠商聚焦重點，就在先進封裝、CPO與矽光子技術！在2020年，Intel就指出矽光子將是先進封裝的發展關鍵，如今四年過去，矽光子已成為半導體產業的研發核心，大廠也喊出預計兩年內將完成整合並投入應用。

那麼，矽光子元件的效能該如何判斷呢？在本文及影片中我們將揭開答案。面對這場「電」轉「光」的新革命，您準備好了嗎？

(點圖看影片)

隨著半導體積體電路技術的不斷發展，我們見證了摩爾定律的演進，元件尺寸的微縮和新材料的應用，都是為了提高單位面積內的元件數量，以加速IC的運算速度，同時改善散熱效能和節省能源。然而，隨著尺寸的微縮接近物理極限，製程技術面臨挑戰，良率問題也隨之浮現。

因應這一挑戰，專家開始探索將不同功能的IC集合成單一晶片、採用3D堆疊封裝技術等新途徑，但這些技術的核心仍然是用金屬線連接各個元件。自從晶片問世以來，「電子」一直是主要的訊號傳輸媒介，它的傳輸速度直接決定了晶片的性能。近年來高效能運算(HPC)、人工智慧(AI)、雲端數據等需求爆炸性成長，如何能突破限制實現更高效能的傳輸呢？於是大家把目光轉向了「光子」，藉由更快速的「光子」引入，是否可以加快元件的運作呢？

光通訊運用的「光纖」系統，能於世界各地以每秒數萬億bit的速度傳送數據，1968年貝爾實驗室工程師很早就想到了。到了21世紀初發現光子技術不僅能在國與國之間做數據的傳遞，亦可在數據中心甚至是CPU之間，乃至於在晶片與晶片之間做數據傳輸。之所以採用「光」是因為玻璃(SiO2)對於光來說是透明的，不會發生干擾的現象，基本上，可以透過在SiO2中，結合能夠傳遞電磁波的光波導(Waveguide)通路來高速地傳輸數據。

而矽(Si)材料的折射率(Refractive index)對比在紅外線的波長下高達3.5，這也意味著，它比許多其他光學中所用的材料，更能有效地控制光的彎折或減速。一般光學傳輸的波長是1.3和1.55微米，在這兩個波段下矽材料不會吸收光線，因此光線能夠直接穿透矽材料。這種相容性使矽基設備能夠長距離傳輸大量數據，不會明顯失去訊號。

因此，矽光子技術透過原本CMOS矽(Si)的成熟技術，結合光子元件製程，可以使處理器核心之間的資料傳輸速度提高數百倍以上，且耗能更低；除了前面提到高效運算跟人工智慧需求不斷增加，光學雷達、生醫感測也非常適合使用光子元件，世界前幾大IC製造商都相繼發表矽光子是未來IC技術的關鍵及趨勢，本期宜特小學堂與大家分享相關文獻，了解矽光子元件組成與決定效能的關鍵。

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