網通、AI攜手共創下一個新題材【矽光子、CPO】
楊少凱分析師(永誠國際投顧) 2023-09-13 20:20
在上禮拜剛結束的「國際半導體設備展」中，最熱的話題就非屬矽光子及 CPO 模組了，我們可以看到不管是台積電 (2330-TW)、日月光(3711-TW) 等半導體巨擘都有發表相關主題專講，而這一切的起因都是因為『AI 應用』遍地開花，而傳統以電作為訊號傳輸的方式，已不敷需求 ! 而矽光子則可以將電轉換成傳輸速度更快的光，再透過 CPO 封裝技術整合為單一模組，以跟上未來即將進入的 800G 世代和未來 1.6T 至 3.2T 等更高的傳輸速率
矽光子到底是什麼?
我們傳送數據的時候，可以用「電子」或「光子」這兩種媒介。光子比電子更快，能傳更多資訊，用更少的電，也不會互相干擾，還可以傳得很遠，而「矽光子」就是將光學和電子元件結合在一起的技術，是一種積體「光」路，就是將光路微縮成一小片晶片，晶片內的傳導皆使用可以導光的線路，稱為「光波導」，光就在這些光波導的線路中傳來傳去，最終願景是用光訊號全面代替電訊號進行傳輸，就可以實現更高頻寬和更快速度的數據處理，也不用再持續追求更高的電晶體數量，但目前在光電結合上，還牽涉到諸多光電訊號的轉換，因此技術上還有許多面向需克服。
CPO 又是什麼?
目前矽光子技術通常用於在晶片上的集成光學元件，像是光接收器、光波導、光調變器、電流電壓放大器、驅動 IC、交換器等元件，而這些元件都是零散的放在 PCB 板四處，因此組件的分散，導致中間傳輸路徑大，會有延遲、損耗大、體積大、組裝複雜、組裝成本增加等問題，因此博通也推出新的封裝技術解決此問題。也就是 CPO（Co-packaged Optics，共同封裝光學元件）技術封裝的晶片版本，它與傳統熱插拔（光收發模組）技術不同，CPO 是將矽光晶片、交換器晶片、RF 晶片等共同封裝，減少過去訊號傳輸需經過多個媒介（包含連接器、PCB、IC 載板）進而降低訊號與能量的損失，以更有效地應用於數據通信和光學應用。
依據工研院的資料，當前這項技術能讓資料量傳輸提高 8 倍，節省 50% 的功耗與 30 倍以上的算力，不過當前光電整合依然為進行式，因此只能說如何精進 CPO 的技術，將會是未來矽光子發展的重點。
未來展望
矽光子和 CPO 目前被市場認為在 2026 年有機會進入需求最大的資料中心市場，並隨著 AI 發展越來越快，CPO 導入應用會越快！再根據 Lightcounting 調研預估，2022-2027 年採用 CPO 封裝的交換器將以平均 19% 的速度成長。
不過採用 CPO 除了封裝良率的隱憂和生產成本偏高之外，整合連結後，零件若有損壞影響程度將提高，例如: 光學元件若是受損，因為與 ASIC 整合，較難單獨進行維修，因此採用尚有疑慮，預計至少要等至 2025 年產品才會被大量採用。不過隨著先進製程推進至 3 奈米，AI 運算將推動高速傳輸需求，並進一步帶動高速網路架構重整，預期未來將是不容忽視且必要的技術目前市場上三大乙太網交換器晶片者除博通外，便為邁威爾科技和輝達，後兩者推出的 51.2 Tbps 交換器晶片目前仍採用過去熱插拔技術，博通則採取傳統熱插拔與 CPO 並行策略。
而台積電目前已積極搶進 CPO 相關訂單，並傳出將攜手博通、輝達等大客戶共同開發，最快明年下半年開始迎來大單，2025 年邁入放量產出階段，屆時可望為台積電帶來全新商機。
另外在網通台廠供應商中，眾達 (4977-TW) 是與博通合作最密切之廠商，主要負責外部光源 (ELS) 零件，提供博通遠端雷射模組 (RLM)；矽光磊晶廠聯亞 (3081-TW) 目前也積極在開發 800G 矽光產品，其他像是上詮 (3363-TW)、波若威(3163-TW)、華興光(4979-TW) 等等也都有機會受惠。而今天漲停的封裝模組廠訊芯 - KY (6451-TW)也同樣是受惠股。
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文章來源：永誠國際投顧 - 楊少凱分析師
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