生成式AI考验HPC互联 矽光子技术将成大势所趋

生成式AI大行其道，对服务器的效能带来极大考验，尤其是在数据传输环节，不管是主机板上的芯片互联，或是运算丛集内的互联，都需要透过带宽更大、功耗更低的界面技术来实现。带宽更大、距离更远且更加省电的矽光子，也因而成为备受瞩目的关键技术。矽光子不仅为未来半导体产业发展的关键技术之一，预测到2030年，全球矽光子半导体市场规模将达78.6亿美元，年复合成长率（CAGR）达25.7%，这也显见矽光子市场的巨大潜力。

为促进矽光子相关产业链成员的合作与互动，SEMI国际半导体产业协会近日举办矽光子在线论坛，并邀请到Ayar Lab共同创始人暨技术长Vladimir Stojanovic与光程研创共同创始人暨CEO陈书履，针对矽光子技术最新进展发表观点。

SEMI台湾区副总裁苏贞萍于会中指出，生态系的建构是矽光子产业未来发展的关键，台湾拥有完整的半导体聚落、成熟的硅片加工技术，以及先进的封装技术，矽光子完整供应链在台湾着床，将加速巩固台湾在制造生产链的领先地位。

矽光子技术引发高速互联革命

Vladimir Stojanovic表示，生成式AI对高效能运算设备（HPC）的互联设计带来巨大考验，以矽光子取代现有的互联技术，是必然的趋势。经过多年研发，目前矽光子技术已经进入实用阶段。例如该公司所提供的TeraPHY矽光子收发器Chiplet，就已经被许多合作夥伴采用，并藉由先进封装技术整合在他们的解决方案里。这些合作夥伴所提供的解决方案，不只带宽更高、信号传输距离更远，而且更省电。这些特性正好满足了AI服务器与高效能运算系统最迫切的需求。

TeraPHY是一款基于共振技术的矽光子元件，其尺寸只有传统光学元件的千分之一，并且具有强大的可扩展性。一颗TeraPHY元件最高可以支持16个连接埠，每个连接埠则可支持16个波长，每个波长的最大数据传输率可达到64Gbps，因此一颗TeraPHY元件就能支持高达32.768Tbps的数据传输率。

不过，在矽光子光源部分，由于雷射光源元件要在高温环境下稳定运作，还有许多技术上的挑战，因此目前Ayar Lab仍采取光源外挂的设计。Ayar Lab提供的SuperNova光源元件是一款支持多连接埠，多波长的雷射光源，可以在低于摄氏55度的环境中运作。

单光子侦测为矽光子技术开拓新应用

陈书履则指出，矽光子技术除了应用在数据通讯外，还可以应用在物件传感，甚至量子电脑等领域。整体来说，目前通讯用矽光子技术因发展较早而最为成熟，若要进一步普及，面对的考验主要来自商务层面跟生态系合作。

至于在传感应用方面，传统矽光子技术最大的技术挑战在于如何提高矽光子元件接收端的灵敏度、并增加单位面积内感光元件数量以提升分辨率及系统效能。相较起来，光程研创的锗矽（GeSi）光子技术在灵敏度方面相较于传统矽光子元件可大幅提升千倍以上，亦可以大型阵列方式提升分辨率，甚至可以在室温环境中侦测单一光子的存在。

此一突破性的研究成果，已获得自然（Nature）期刊的肯定，并于2024年2月在线发表和收录于2024年3月号期刊中。能侦测在短波红外光单一光子的能力，对于矽光子技术在非通讯领域的应用，是相当关键且极具影响未来技术应用的。从短距离生理信息传感、中距离影像传感、AR／VR，到长距离激光雷达应用，甚至量子电脑等领域，都需要非常灵敏的光子传感能力才能实现。

在室温中侦测单一光子的能力，对于矽光子技术在非通讯领域的应用，是相当关键的。从短距离生理信息传感、中距离影像传感、AR／VR，到长距离激光雷达应用，都需要非常灵敏的光子传感能力才能实现。

SEMI秉持着促进产业链交流、协作，共同推动技术与市场发展的使命，将携手与产业合作，把握矽光子所带来的市场机会，与克服技术挑战。接下来SEMI也将针对矽光子议题展开许多活动，不仅将在台湾设立矽光子产业联盟，更将于2024年SEMICON Taiwan国际半导体展中设立全新矽光子专区与矽光子技术论坛，让产业界更了解矽光子技术与应用的发展脉动，预期台湾半导体产业在矽光子技术发展上将扮演关键角色引领全球。