硅光子应用成下一代半导体不可或缺技术，台积电、英特尔竞相加入

日前，就在晶圆代工龙头台积电传出正与大客户博通（Broadcom） 与英伟达（NVIDIA） 开发基于硅光子技术的新产品，最快2025 年进入量产之后，英特尔也跟着宣布推出业界首款用于下一代先进封装的玻璃基板，计划在2026 至2030 年量产。这一突破性成就将使单一封装纳入更多的晶体管，并继续推进摩尔定律，促成以数据中心的应用。对于英特尔的举动，市场人士表示，英特尔在先进封装机板材料上的突破，将使得硅光子技术发展有了重要的进展。如此一时间硅光子同时吸引到了台积电与英特尔两大科技厂商的目光，其考虑的领域在哪里，以下进行相关讨论。

事实上，带动硅光子技术发展，并成为新兴潜力市场的一大原因，是来自光通讯需求。因为要延续摩尔定律越来越困难，但数据传输效率与运算效能需求却持续快速成长。另外，因为人工智能市场的发展，推升加速运算的需求，这使得芯片密度的要求也随之增加。所以，透过半导体制造中整合光电元件，不仅能提高元件密度、增加整体操作效率、减少耗能，还能达有效降低成本效益。

对此，台积电副总经理余振华曾经表示，若能提供良好的硅光子整合系统，台积电就可以解决人工智能的能源效率和计算能力的关键问题，这将是一个划时代的转变。他进一步指出，一个更好、更整合完整的硅光子系统将是运行大型语言模型，和其他人工智能计算应用程式所需的强大计算能力的驱动力。

过去，一般集成电路是将上亿个晶体管微缩在一片芯片当中，进行各种复杂的运算。其中，由于材料的物理限制，现行基板材料容易有耗电、膨胀、翘曲的问题。未来，通过采用玻璃基板，藉由将硅光子将芯片中的电信号转成光信号，进行光信号交换的传导，如此将提升光电传输的速度，解决目前电脑元件使用铜导线所遇到的信号耗损及热量问题，如此被认为是新一代半导体不可或缺的技术。

在此情况下，日前推出用于下一代先进封装玻璃基板的英特尔则是表示，与现今的有机基板相比，玻璃独特的超低平坦度、更佳的热稳定性和机械稳定性可以提高基板的互连密度。这些优势将使芯片架构师能够为人工智能(AI) 等数据密集型的工作创造高密度、高效能芯片封装。英特尔预计在2026 至2030 年推出完整的玻璃基板解决方案，让整个产业能够在2030 年之后持续推进摩尔定律。

促使英特尔发展新一代玻璃基板的主因，在于到2030 年之前，半导体产业很可能会达到使用有机材料在硅封装上延展晶体管数量的极限。而且，有机材料不仅更耗电，并且有着膨胀与翘曲等限制，所以在半导体的进步和发展有赖于不断延展，使得玻璃基板是下一代半导体确实可行且不可或缺的进展。而且，随着对更强大运算的需求增加，以及半导体业进入在一个封装中使用多个「小芯片」 （chiplets） 的异质架构时代，提升信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板稳定度将至关重要。

英特尔强调，而与现今使用的有机基板相比，玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性，在单一封装中可连接更多晶体管，并提高延展性之外，还能够组装更大的小芯片复合体（称为「系统级封装」）。也就是芯片架构设计能减少以往电路布线，能够在一个封装上以更小的面积封装更多的小芯片，同时以更高的弹性和更低的总体成本和功耗，达成效能和增加密度。然而，其玻璃基板的成本高昂，这使得玻璃基板预计未来将最先被导入效用最显著的市场，也就是需要更大体积封装，包括数据中心、AI、图形处理、更高速度的应用和工作产品上。

英特尔进一步指出，因为玻璃基板可以承受更高的温度，使得图案变形（pattern distortion） 降低50%，超低平坦度可加大微影制程的焦距深度，并且具有极其紧密的层间互连覆盖所需的尺寸稳定性。由于这些独特的特性，玻璃基板上的互连密度可以提高10 倍。如此可以提供更好的功率传输解决方案，不仅大幅降低功耗且能实现所需的高速信号传输。而这些诸多优势，都将有助于半导体产业更接近2030 年在单一封装纳入1 万亿个晶体管的目标。