矽光子(Silicon Photonics)是使用矽及相關材料,以與標準CMOS製程高度相容的製造技術製作光波導、調變器、光偵測器等光學元件,藉光訊號實現資料傳輸與處理的技術領域。與銅導線的電氣介面相比,可實現更高頻寬、更低功耗與更長距離傳輸,在資料中心光互連、LiDAR、量子運算等廣泛應用上備受期待。
矽光子的主要元件包括光源(雷射)、光調變器(Mach-Zehnder調變器、微環調變器)、光偵測器(Ge-on-Si光偵測器)與光分配網路(分光器、多工器)。由於矽屬於間接能隙,無法自行發光,因此一般設計是將InP或GaAs雷射混合整合到晶片上,或由外部雷射供光。
資料中心用矽光子光收發器已進入量產階段,支援400G、800G、1.6T的產品已在市場上流通。英特爾在自家晶圓廠內製造矽光子模組,台積電也以PDK(製程設計套件)形式提供矽光子專用平台。市場規模預估在2030年超過100億美元。
「共同封裝光學(CPO:Co-Packaged Optics)」是將矽光子模組整合進AI加速器或交換器晶片封裝內的次世代架構。據稱與可插拔光收發器相比,電源效率可提升5~10倍,Meta、Google、Microsoft的資料中心正加速採用。CPO需要結合混合鍵合與先進封裝技術。
矽光子的課題包括:降低矽的光損耗(傳播損耗、彎曲損耗)、提高雷射整合的良率,以及補償熱造成的波長飄移(Temperature-Insensitive設計)等。此外,結合2D材料(石墨烯等)與矽波導的超高速調變器研究也在推進中。新思科技以光學設計EDA工具「OptSim/RSoft」支援矽光子設計。