AI大爆發時代，矽光子被視為解決算力瓶頸的唯一解方，「銅退光進」、「以光代電」的趨勢逐漸成形。過去矽光子技術發展逾20年，長期定位不明，直到AI浪潮席捲全球，才一舉被推上顛峰，矽光子為何在此時谷底翻身？從邊緣技術躍升為撐起AI算力的核心，關鍵不僅在於技術成熟，更是整個產業需求被逼到極限的結果。
AI算力爆發 矽光子從邊緣走向核心
國立中山大學光電工程學系教授洪勇智自2011年投入研究，是國內起步最早的教授，在矽光子研發領域位居前茅。矽光子翻紅，他扮演了重要推手，台積電從無到有發展矽光子平台，都有研發團隊參與共同開發的身影。
洪勇智指出，矽光子不是一項新創技術，早在20多年前就開始發展，主要用在光通訊領域，但通訊量不夠大，市場需求有限，沒有大規模發展，再加上有一些技術問題，一直沒有被大量採用，後來就變成眾多技術中一個選項，沒有很明確的定位。
他坦言，矽光子被重新看見出現戲劇性的轉折，皆拜AI所賜，「以前我們不覺得這個技術會走到這一步，因為不需要算這麼多，可是就是因為AI的關係，它幾乎是沒有止境的需求」。
銅線易過熱 用光傳輸損耗低速度快
洪智勇說，AI是呈現指數型成長，電腦CPU、GPU數量非常誇張，數百萬顆同時在運算，傳統銅線在高速傳輸下，面臨損耗與功耗雙重壓力，導致算力被困在發熱的導線中，「銅線走不過去了」。
他說，用電傳輸已經撐不住了，「發熱、耗電、頻寬全都卡住」，這時已不是想不想用光，而是不用不行。也因此，產業轉向光，把矽光子從過去的邊緣角色，重新拉回技術核心，成為解決算力瓶頸的關鍵技術，協助AI晶片「算很快，資料也傳得出去」。
光的特性在於不具電荷，不易產生熱能，能大幅降低數據搬運的電力損耗，使資料更快速、穩定地抵達目的地，克服通訊塞車，提升運算效能。簡單說，矽光子技術將擁擠、速度受限的鄉間小路，升級為光纖高速公路。
他說，傳輸量夠大了，矽光子就變得有價值，當需求被推到極限的時候，技術就會被逼出來，矽光子就是被整個產業推上去的；而另一項優勢是原料便宜，矽就是砂子，蘊藏量大，半導體先進製程把晶片做得很複雜，大量製造成本也能壓得很低，矽光子成為AI算力的完美解決方案。
光互連技術 次世代AI發展關鍵鑰匙
洪勇智形容，AI系統中，矽光子的存在就像「社交達人」， GPU之間要一直溝通，不夠快，就拖慢運算效率，因此機櫃裡的光不停高速互連，就像唱交響樂一樣，每一個都在動、每一個都在對話，形成光互連，目前光傳輸速度最新發展達到每秒1600G，這就是算力。
輝達（NVIDIA）曾點出，如果光互連技術無法成功，AI將在2027年後卡關，沒辦法再發展。
台積電2016年投入矽光子製程研發，當時台灣做矽光子技術屈指可數，後來透過學界牽線找上洪勇智，就一直合作到現在。
洪勇智說，初期資源不多，都是慢慢累積，直到2022、2023年AI算力需求暴增，輝達也推波助瀾要台積電將矽光子當作重點發展，「資源一下全都進來，要錢有錢、要人有人」，技術才加速成熟，關鍵技術就是共封裝光學（CPO），成功將電子晶片、光子晶片整合在同一封裝中，透過先進封裝技術成為一個系統。
更精準說，矽光子技術並非以光代電或光進銅退，而是光電並進，也就是晶片內仍以電訊號運算，高速資料傳輸全面轉為光通訊。
這項突破性技術使算力突飛猛進，也讓台灣在全球AI競賽中取得領先位置，並於今年進入量產，堪稱十年磨一劍。他說，光通訊原本是長距離的通訊技術，現在走到短距離，甚至用公分等級來算，這技術並非自然演進，是AI算力需求逼出來的結果。
「以前我們不覺得這個技術會走到這一步，因為不需要算這麼多」，可是因為AI的關係，它幾乎是沒有止境的需求。
不過矽光子現階段運用仍集中在Google、Amazon、Meta與Microsoft等大型雲端服務商，短期內不會出現在手機、筆電等電子產品，輝達則提供GPU架構，交由台積電製造。
產官學聯手 台灣供應鏈居全球核心
洪勇智直言，台灣在矽光子與AI供應鏈具有關鍵地位，從設計、製造到封裝，幾乎一條龍在台灣，從晶片製造、先進封裝與系統組裝高度集中，成為全球AI發展核心，尤其製造端，找不到可以完全取代的地方。
除此之外，中山大學從2018年開始與台積電合作共同開發矽光子技術，參與COUPE技術中的矽光子晶片設計，超過15位實驗室畢業學生進入研發單位，為下一世代矽光子技術努力，持續以產學合作協助推進矽光子的研究量能。
布局半導體產業國際鏈結，高雄市長陳其邁今年3月率團赴美國亞利桑那州，深入被譽為「光學之谷」土桑市（Tucson），與政學界展開交流，共同簽署「六方半導體生態系與全球人才夥伴合作備忘錄」。
陳其邁表示，全球半導體正進入後摩爾定律時代，傳統晶片單靠製程微縮已難以持續突破效能極限，而能結合不同技術的「異質整合」將成為關鍵，其中矽光子更被視為突破人工智慧運算「頻寬牆」重要技術。
在AI浪潮推動下，矽光子從實驗室走向產業核心，高市府布局前瞻技術與國際合作，產業端如台積電、NVIDIA領軍投入關鍵製程與開發，學界以國立中山大學等研究能量厚植基礎，產官學三方協力下，加速打造完整矽光子生態系，同步搶占AI時代算力革命的關鍵戰略位置。
聯合報 ／ 記者郭韋綺
原文連結https://vip.udn.com/vip/story/121942/9422371?