AI應用大爆發,全球進入超大規模資料中心時代,半導體晶片發展已至1.8奈米,正邁向1.4奈米。如何超越摩爾定律,挑戰極大,否則每兩年推進一個世代的進程,勢必遇到瓶頸。台灣半導體產業應團結一致,發展矽光子科技,奠定台灣高端晶片領先優勢。
摩爾定律奠定晶片理論基礎
1965年,摩爾預言,半導體晶片整合的電晶體及電阻數量,將每年增加一倍,並大膽預測未來電晶體微縮的趨勢,後來半導體業達成共識為:每18至24個月,就會進入下一個世代,電晶體數量將增加一倍,成本降低,晶片效能提升。
摩爾定律這套經驗法則,奠定了今天護國神山「台積電」的理論基礎,諸多競爭者因技術無法突破,紛紛敗下陣來。然而輝達執行長黃仁勳膽預測,AI運算效能,將走向「超級摩爾定律」。他說:「世界已經變了,我們進行計算的方式,整個堆疊都已經變了」,傳統的摩爾定律有待突破。
黃仁勳認為,「超級摩爾定律」將誕生,未來10年,每年都會有2到3倍的成長,除了要將GPU取代CPU,以提升人工智慧運算效能,關鍵是如何突破技術門檻,將高頻記憶體垂直堆疊起來,持續推進先進製程技術,成為重要關鍵,正是矽光子科技受到重視的原因。
矽光子市場潛力大
矽光子技術具備傳輸效率高,低功耗,以及低延遲,透過原本CMOS矽(Si)的成熟技術,結合光子元件製程,將光通訊元件和交換器整合,放在同一個模組內,縮短傳輸路徑,在高速傳輸時,降低延遲與功耗,達到大量資料傳輸的目標。
矽光子元件的基本組成是使用能夠將「光」轉換成「電」的光電偵測器,加上傳輸訊號的光波導與電訊號,轉換成矽光子的調變器、耦合器等,組合成一個單晶片,首選的材料是鍺(Ge),期能有效吸收光,並轉換成電訊號,科技界認為應該是非常好的材料。
半導體界估計,全球矽光子市場規模到2027年將突破50億美元,到2030年將達到78.6億美元,年複合成長率(CAGR)為25.7%。台積電董事長劉徳音曾說:「在AI應用的推動下,矽光子科技將成為半導體產業向前邁進的關鍵技術。」
現有相關矽光子產品,大多是將數位交換晶片與光收發模組,利用先進封裝技術,包裝在一起,但是仍有耗能與體積的問題,未來如果能夠採用「矽光子單晶片」,才能真正達到短小節能的目標。
矽光子技術能夠提供高速、節能的整合解決方案,徹底改變資料中心、人工智慧、電信、感測和成像,以及生物醫學應用等多方面領域,商機龐大,值得深入探索,對於台灣半導體科技發展,具有重大意義。
台積電已組成200人專責研發未來矽光子科技,但是如何整合半導體產業鏈上、中、下游,異質技術,共同努力突破矽光子科技的瓶頸,才能達到事半功倍的效果,正是當前半導體產業最大的挑戰。