矽光子引爆百億商機：
Nvidia、台積電、Broadcom 的下一張王牌
矽光子成為 AI 時代新曙光？
根據研究機構 Epoch AI 數據，近年 AI 模型訓練算力需求每年以 4~5 倍速度成長，遠超過摩爾定律每 18 個月效能增加一倍的速度。半導體巨頭們以 3D 堆疊、異質整合封裝等方式，增加 AI 晶片運算效能，為早已臨界物理極限的摩爾定律續命。二是藉由強化晶片間、伺服器間的串連，來實現規模化運算，提升運算能力。這種規模化分為Scaling Up 與 Scaling Out 兩種策略。
Scaling Up vs. Scaling Out
Scaling Up（垂直擴展）
晶片跟晶片間的串連，透過增加多顆 GPU、TPU 等運算晶片，增加單一伺服器或計算節點的運算能力。
如果說 Scale up 是獨自升級，Scale out 是納入更多的團隊成員群體作戰。在 AI 叢集發展下，這兩種策略高速傳輸都是至關重要。伺服器之間雖然已採用光纖傳輸，透過光收發模組進行電與光訊號轉換，但隨著數據量爆炸成長，傳統光收發模組已面臨傳輸瓶頸與功耗挑戰，矽光子正是在此背景下應運而生。
矽光子是什麼？
矽光子（Silicon photonics, SiPh）簡言之是將分散的光學元件，微縮整合在同一個小晶片上。主要透過光的折射與波導原理，讓光受限於特定路徑中傳導，實現在晶片內進行光訊號的傳輸與處理，加速資料傳輸。
此類晶片屬於積體光路（Photonic Integrated Circuit, PIC），相較於傳統積體電路（Electrical Integrated Circuit, EIC）能實現更高頻寬、更快速度及更低能耗的數據處理。
點擊圓點了解各元件功能 （圖片來源：工研院、科技新報再製）
傳送訊號（由內而外）
ASIC 等主晶片產生的電子訊號 → 進入光調變器轉換為光訊號 → 光訊號經光波導傳輸 → 由多工/解多工器控制光路徑並合併/分離多波長訊號 → 光訊號經耦合器耦合出晶片 → 進入外部光纖傳輸。
矽光子技術演進
矽光子技術的核心使命在於縮短訊號傳輸路徑，以突破傳統銅線在速度與功耗上的瓶頸。這個演進從最初的傳統可拔插光學模組開始，較長的電路路徑限制了效能。為此，業界發展出LPO（線性可拔插光學）作為過渡，透過簡化電路來降低功耗。然而，最終的技術目標是CPO（共同封裝光學），將光學元件與運算晶片直接共同封裝在同一載板，將傳輸路徑縮至最短。
傳統可拔插光收發模組 Pluggable Optics
透過光纖兩端光收發模組轉換電光訊號，再傳遞到 ASIC 等主晶片，隨著大量資料傳輸，面臨傳輸通道不足、高功耗等問題。
CPO 過渡方案演進
要將光路與電路元件共同封裝，跨材料異質整合難度極高，散熱、可靠度、測試等，尚有種種挑戰待克服，目前 CPO 還未真正商用，CPO 陣營持續發展各種過渡方案，OBO 載板光學封裝（On-Board Optics）是將光模組放在電路板上，安裝在 ASIC 晶片周圍，能夠支援1.6Tbps傳輸速率，已量產。NPO 近封裝光學（Near-Packaged Optics）則透過中介層，逐步減少銅線傳輸比例，推近光模組與運算晶片 ASIC 之間的距離。
OBO
載板光學封裝 (On Board Optics)
將光模組移到伺服器內 PCB 載板，置於 ASIC 晶片周圍。
頻寬：<1.6T
NPO
近封裝光學 (Near-Packaged Optics)
ASIC 與光模組共用基板（substrate），透過導線或走線連結。
頻寬：<3.2T
CPO
共同封裝光學 (Co-packaged Optics)
ASIC 與光模組直接共同封裝。
頻寬：6.4T~
（圖片來源：IDTechEx）
大廠進展與供應鏈
半導體巨頭與相關供應鏈廠商都積極推動矽光子技術，在台積電及日月光倡議下，2024 年國際半導體產業協會（SEMI）與工研院及30多家業者組成矽光子產業聯盟，涵蓋半導體製造、封測、IC 設計、光通訊、面板、系統製造等廠商參與，積極發展矽光子技術。
國際半導體協會（SEMI）預估，2030 年全球矽光子半導體市場規模將達到 78.6 億美元，年複合成長率（CAGR）高達 25.7%。在未來不久將可看到這項技術逐步開花結果。
| 公司 | 技術進展 |
|---|---|
| Nvidia | 與台積電共同研發矽光子技術，預計 2025 年下半、2026 年推出 Spectrum-X Photonics 和 Quantum-X Photonics 矽光子網路交換器，每連接埠數據傳輸速度提升至 1.6 Tb/s，下世代 GPU Rubin 架構將導入矽光子，功耗效率可提升 3.5 倍。 |
| Broadcom | 2025 年 5 月推出第三代 CPO 產品，支援單通道 200G 傳輸速率，第四代 CPO 產品持續研發，目標實現單通道 400G 傳輸速率。 |
| TSMC | 積極發展緊湊型通用光子引擎（Compact Universal Photonic Engine, COUPE）技術，2025 年預期完成小型插拔式連接器的 COUPE 驗證，達成 1.6 Tb/s 傳輸速度；2026 年整合 CoWoS 封裝成為 CPO，將光連結導入封裝中，傳輸速度預期提升四倍。 |
| Intel | 矽光子技術先行者，2010 年就已發展相關技術，但近年較無大規模量產時程消息，2023 年將可插拔矽光學收發器模組業務賣給美國電子零件製造商捷普（Jabil）。 |
| GlobalFoundries | 2025 年初宣布投資 5.75 億美元，在紐約馬爾他廠新設 1 座半導體廠區，用於拓展矽光子產能。 |
供應鏈清單
（來源：券商整理）