台积电牵头进行整合半导体上下游串联成立硅光子产业联盟

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引言在生成式AI与高效运算(HPC)的推动下,硅基光电子(Silicon Photonics)成为半导体产业的技术突破点。台积电牵头进行整合,推动硅基光电子供应链在台落地及规格协议。
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5 q8 i" q# W6 A" n" t0 O据电子时报报道,由台湾半导体制造公司(TSMC,台积电)和日月光投控领导的30家台湾企业昨日启动了硅基光电子产业联盟,旨在加速该技术的发展,并解决人工智能(AI)设备(如数据中心)的能源效率问题。
台积电牵头成立硅光子产业台积电集成互连与封装业务副总裁徐国晋在台北的媒体简报会上表示,随着世界进入对计算能力和算法需求巨大的新AI时代,能源消耗正成为一个关键问题。为解决这个问题,在数据中心和AI设备中使用的芯片制造中引入硅基光电子和光电共封装技术是必要的。
硅基光电子产业联盟的目标是通过与供应链公司合作,为该技术制定全球标准。目前该技术在设计、制造和测试方面仍缺乏共识。徐国晋表示,由于台湾在芯片制造方面已经建立了坚实的基础,如果硅基光电子技术在这里扎根,台湾有很好的机会成为全球AI产业的重要基地。
作为世界最大的合约芯片制造商,台积电预计全球硅基光电子市场将以40%的年复合增长率增长,到2028年达到6400万美元。徐国晋在主题演讲中表示,如果再加上光电共封装技术,2028年的市场规模将达到约5亿美元。他指出,这一增长将由AI服务器使用的高数据率光收发器模块需求上升所驱动。
日月光首席运营官吴田玉表示,台湾过去几年一直在发展硅基光电子技术,但高成本抑制了出货量的增长。由于AI设备需求激增,近年来硅基光电子技术开发加快,为该技术更快商业化铺平了道路。
该联盟还包括鸿海精密工业公司、联发科技股份有限公司、广达电脑股份有限公司和友达光电股份有限公司,以及工业技术研究院。
) a. v3 F' |2 s! i4 TIMEC加入助力另外,作为世界领先的独立纳米电子研发中心之一,跨大学微电子中心(IMEC)昨日表示,已与台湾芯片制造商如台积电、联华电子和世界先进半导体公司建立了长期合作伙伴关系,以促进先进技术的发展。IMEC首席执行官Luc Van den Hove在台北表示。
这家比利时研究所还与台湾顶尖大学,如台湾大学和清华大学,在研发方面展开合作。他说,该研究所专注于开发尖端技术,并推动最先进的工艺技术路线图,这些技术比制造业领先三到四代,或者说领先制造业六到十年。
Van den Hove表示,IMEC专门研究光刻技术,并与ASML公司建立了密切的合作关系。他说:"台湾对我们来说是一个非常重要的地区。"IMEC已经与台积电合作了20年,共同开发先进技术。
评论台积电决定在德国德累斯顿建立新工厂时,他表示这是一个"非常明智的策略",因为对台积电来说,接触一些客户很重要。
硅光子产业联盟成员参与"硅光子产业联盟"的业者指出,多家客户的硅基光电子产品开发如火如荼,规格要跟着台积电脚步来制定。2025年硅基光电子前哨战正式展开,初步验证及小量出货展开后,全新成长引擎将在2026~2027年加速显现。
硅光子产业联盟囊括了上、下游半导体产业链,包括IC设计、制造封装、应用模块至终端产品,由台积电、日月光担任倡议人,包括友达、富采、旺硅、世界先进、波若威、上诠、广达、辛耘、鸿海、联发科、颖崴等30多家企业、在成立大会上一字排开组成黄金阵容。
$ L7 R- A$ M+ |$ D8 m0 C* m2 A( X& K国际半导体产业协会(SEMI)表示,生成式AI服务器对资料传输速率有着极高的要求,在半导体进入先进制程后面临功耗、频宽等两大挑战,硅基光电子可望被应用于3D封装之中,届时可望提升10倍资料传输频宽。
据估计,2023~2028年硅基光电子市场将达到40%以上的年成长率,成长动能来自于为了增加光纤网络容量的高资料传输率模块,显见AI推动力非常巨大。
目前光学元件、硅基光电子元件仍处于百花齐放初期阶段,当AI带来演算及资料传输的巨量需求,也将让耗能成非常重要的议题。据估计,2030年AI将消耗全球能源的3.5%,意味着硅基光电子带来节能方案非常关键。
9 u3 p+ A0 Q' g5 z: e4 f因应客户对硅基光电子需求,台积电研发紧凑型通用光子引擎(COUPE),采用SoIC-X晶片堆叠技术将电子裸晶堆叠在光子裸晶之上,提供光电子集成芯片(PIC)与电子IC(EIC)异质整合。
由于大幅降低40%的能耗,可望大幅提升客户采用意愿,预计2025年完成支援小型插拔式连接器的COUPE验证,接着于2026年整合CoWoS封装成为光电共封装元件,将光连结直接导入封装中。
% v! Z" q" ~7 h徐国晋表示,针对发展路线规划,未来将使用先进的晶片来节省功耗并提高效能,目前在实验室中EIC采用7纳米制程,未来将进一步微缩至3纳米,将能节省更多功耗,也是未来的方向。
9 j  r9 z8 s0 g, u, ]( Z' v6 G. @光通信供应链透露,硅基光电子技术正陆续进入验证阶段,美系设计IC大厂推动速度较为领先,由于光电共封装将光源与IC进行结合封装,使得硅基光电子必然走向跨领域整合。
" i  [; Y8 w& |: F& d尤其是台积电推出自己的开发规格,目前台系供应链均以台积电马首是瞻,2025年将完成验证及小量出货,看好硅基光电子将随着AI资料中心、HPC等应用从2026~2027年大放异彩。
结论与展望硅基光电子具有低损耗、高传输与高算力等特性,非常适合应用在大量资料运算、传输的应用场景,且硅基光电子技术能够减少功耗和热量产生,并提高节点之间的通信效率,也能有效使光电元件整合,制造更紧凑的光学模块,进而降低整体系统的体积和成本。
; ]! F! A( i$ O$ z+ H' G随着台积电、日月光等大厂扮演领头羊,半导体大厂积极卡位,生态系建构将是硅基光电子产业未来发展的关键,通过完整的半导体聚落、成熟的硅晶圆加工技术,推升成为AI科技产业重要基地。
参考来源https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?id=0000701556_LWJ481YG6Q9IKC5Q9U32X
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3 F. N# N0 q3 p! J. i3 K0 I深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。

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