為何矽光子應用成下世代半導體不可缺技術，台積電、英特爾競相加入

晶圓代工龍頭台積電傳出正與大客戶博通（Broadcom）與輝達（NVIDIA）開發基於矽光子技術的新產品，最快 2025 年量產，英特爾跟著宣布推出業界首款下一代先進封裝的玻璃基板，計劃 2026~2030 年量產。這突破性成就將使單一封裝納入更多電晶體，並繼續推動摩爾定律，促成資料中心應用。市場人士表示，英特爾先進封裝機板材料的突破，使矽光子技術發展有重要進展，同時吸引台積電與英特爾兩大科技廠商目光，注重領域在哪，以下簡單討論。

帶動矽光子技術發展，並成為新興潛力市場的一大原因，是來自光通訊需求。因要延續摩爾定律越來越困難，但資料傳輸效率與運算效能需求卻持續快速成長。另外，因為人工智慧市場的發展，推升加速運算的需求，這使得晶片密度的要求也隨之增加。所以，透過半導體製造中整合光電元件，不僅能提高元件密度、增加整體操作效率、減少耗能，還能達有效降低成本效益。

台積電副總經理余振華曾經表示，若能提供良好的矽光子整合系統，台積電就可以解決人工智慧的能源效率和計算能力的關鍵問題，這將是一個劃時代的轉變。他進一步指出，一個更好、更整合完整的矽光子系統將是運行大型語言模型，和其他人工智能計算應用程式所需的強大計算能力的驅動力。

一般積體電路是將上億個電晶體微縮至一片晶片，由於材料物理限制，現行基板材料容易有耗電、膨脹、翹曲等問題。將來玻璃基板藉矽光子將晶片「電訊號」轉成「光訊號」，進行光訊號交換傳導，提升光電傳輸速度，解決電腦元件使用銅導線遇到的訊號耗損及熱量問題，是新一代半導體不可或缺的技術。

日前推出下一代先進封裝玻璃基板的英特爾表示，與有機基板相比，玻璃獨特的超低平坦度、更佳熱穩定性和機械穩定性可提高基板互連密度。這些優勢將使晶片架構師能夠為人工智慧 (AI) 等資料密集型的工作創造高密度、高效能晶片封裝。英特爾預估 2026~2030 年推出完整的玻璃基板解決方案，讓整個產業能夠在 2030 年之後持續推進摩爾定律。

促使英特爾發展新一代玻璃基板的主因，在於 2030 年前，半導體產業很可能會達到使用有機材料在矽封裝上延展電晶體數量的極限。而且，有機材料不僅更耗電，並且有著膨脹與翹曲等限制，所以在半導體的進步和發展有賴於不斷延展，使得玻璃基板是下一代半導體確實可行且不可或缺的進展。而且，隨著對更強大運算的需求增加，以及半導體業進入在一個封裝中使用多個「小晶片」（chiplets）的異質架構時代，提升訊號傳輸速度、功率傳輸、設計規則和封裝基板穩定度將至關重要。

英特爾強調，與現今有機基板相比，玻璃基板有卓越的機械、物理和光學特性，單一封裝可連接更多電晶體，並提高延展性之外，還能夠組裝更大的小晶片複合體（稱為「系統級封裝」）。也就是晶片架構設計能減少以往電路佈線，能夠一個封裝以更小面積封裝更多小晶片，同時以更高彈性和更低總體成本和功耗，達成效能和增加密度。然而玻璃基板成本高昂，使玻璃基板最先導入效用最顯著的市場，也就是需要更大體積封裝，包括資料中心、AI、繪圖處理、更高速度的應用和工作產品。

英特爾進一步指出，因為玻璃基板可以承受更高的溫度，使得圖案變形（pattern distortion）降低 50%，超低平坦度可加大微影製程的焦距深度，並且具有極其緊密的層間互連涵蓋尺寸穩定性。由於這些獨特性，玻璃基板的互連密度可提高 10 倍，提供更佳功率傳輸解決方案，不僅大幅降低功耗且能實現所需的高速訊號傳輸，許多優勢都有助半導體產業更接近 2030 年單一封裝納入 1 兆個電晶體的目標。