玻璃橋不是 FAU 的末日，但它可能改寫了部分的分工
玻璃橋不是 FAU 的末日，但它可能改寫了部分的分工
作者：智璞產業趨勢研究所執行副總 林偉智
康寧的玻璃橋(GlassBridge) 在去年九月隨著與格羅方德的合作案首度亮相，今年六月底的技術論壇上再度揭露，市場出現一種解讀：光纖陣列廠商要被取代了。近期切入光纖陣列的鏡頭大廠董事長公開表示，「未來邊緣耦合（EC, Edge Coupling）與光柵耦合（GC, Grating Coupling）並存，且 GC 明顯多於 EC」；多家調研機構也同步指出，光柵耦合仍將是未來三到五年的主流。我認同 GC 在三到五年內仍是主要廠商的選擇，其中我認為的原因是：他們把最難的問題搬到了最有能力解決與修正製程地方，也就是把問題從組裝供應鏈搬進晶圓廠。而玻璃橋用的是同一套邏輯，只是搬進的是康寧自己的玻璃製程廠中。
回到問題本身。光訊號要從外部光纖進到矽光子晶片，中間有一道尺寸落差：單模光纖的模場直徑約9~10 微米，而矽波導內的光模場只有次微米量級，兩者相差十倍以上。硬要對接，大部分能量根本進不了晶片稱為模場不匹配。解決它主要有兩條路，邊緣耦合是從晶片側面水平打入，光線不轉向，但必須在晶片端搭配錐狀的模場轉換器先把模場放大。它的優勢在頻寬，一套設計就能同時涵蓋 1310 奈米的 O-band與 1550 奈米的 C-band，兩者相距超過兩百奈米，對偏振也相對寬容。光柵耦合則是在晶片表面蝕刻週期性結構，讓光從垂直方向進出，但代價是頻寬窄得多，典型設計只在數十奈米的波長區間內表現良好，換個波段往往要重新設計。純就物理條件，邊緣耦合的性能上限比較高。插入損耗兩者互有勝負，光柵耦合在最佳化設計下同樣能做到很低，只是多數亮眼數字可能暫時只停留在模擬階段。然而頻寬是量級之差，隨著分波多工的通道數往上疊，光柵的波長選擇性有機會從「可接受的代價」變成難以迴避的限制。事實上，光柵本身並不好做。次波長的週期結構、蝕刻深度的精準控制，都是不折不扣的先進製程問題。但關鍵在於，這些難題全部落在晶圓廠裡，而晶圓廠正是最擅長用微影把重複性難題規模化、且良率可控的地方。更重要的是，光柵耦合把組裝端的負擔大幅減輕了，光柵做在晶片表面，不必切割即可量測，晶圓級測試因此得以成立，端面拋光這道工序也一併省下。多通道共用一片微透鏡，對位時間隨通道數攤薄。晶圓廠只要交出帶光柵的晶片，光學廠接上標準化的微透鏡就好，不須相互遷就退讓。邊緣耦合的難題則反過來，幾乎全留在組裝現場：次微米主動對位、切割、拋光、膠合。這些是原光模組供應的專長也可說是瓶頸，不是半導體製程，沒辦法靠一次微影解決。
理解這一點，才會知道玻璃橋的焦點在哪。它以離子交換技術，在玻璃基板上先做出精密光波導通道，把邊緣耦合最痛的那道逐根對位工序，從組裝現場搬進批次化的玻璃製程裡。至於可拆卸與支援迴焊，業界既有的 FAU 方案本來就在往這個方向走，玻璃橋的差異不在這裡，而在於波導路徑在製程階段就被精準定義，組裝時的對位難度因此大幅下降。這裡有一個關鍵，耦合方式在 PIC 設計階段就鎖定了。玻璃橋處理的是邊緣耦合的封裝難題，它並沒有能力把既有的光柵耦合設計搶過來。這不是一場現貨市場的爭奪，而設計定案窗口的競爭。康寧的佈局也印證了這個判斷，玻璃橋首個公開合作對象是格羅方德，這是一場平行建構，不是正面挑戰。至於台積電，COUPE 平台的設計初衷本就同時涵蓋兩種耦合，代工廠並沒有替客戶決定答案。
放眼生態系，大廠在耦合路線上的選擇仍不一致，明顯不是一個已收斂的技術，而台廠的機會與風險其實是同一件事。既有廠商的護城河，正從「做得準」轉向「做得快、且可複製」。另外，時程的重要程度不輸給技術的優劣。玻璃橋觸發衝擊需要兩件事同時成立：康寧完成量產驗證，以及至少一家大型指標客戶在新一輪 PIC 設計中選擇邊緣耦合，兩個條件成立目前看來只是時間早晚的問題。若 2027~28年前同步到位，競爭強度會相當大。那意味著玻璃橋趕上了新一代 CPO 交換器與加速器的設計定案窗口，全球多數的 FAU 廠商，可能將同時面對一個完全不同的競爭者，而既有產能與對位設備未必能平移過去。
延伸閱讀
常見問題（FAQ）
Q1：玻璃橋（GlassBridge）是什麼？
玻璃橋是康寧提出的方案，以離子交換技術在玻璃基板上預先製作出精密光波導通道，把邊緣耦合中最困難的逐根對位工序，從組裝現場搬進批次化的玻璃製程。其差異不在可拆卸或支援迴焊，而在於波導路徑於製程階段就被精準定義，讓組裝時的對位難度大幅下降。它去年九月隨與格羅方德的合作案首度亮相。
Q2：邊緣耦合與光柵耦合有哪些差異？
邊緣耦合從晶片側面水平打入，需搭配錐狀模場轉換器放大模場，優勢是頻寬大，一套設計可同時涵蓋1310奈米O-band與1550奈米C-band，對偏振也較寬容。光柵耦合則在晶片表面蝕刻週期性結構，光從垂直方向進出，但頻寬窄，典型設計只在數十奈米波長區間表現良好，換波段常需重新設計。
Q3：為什麼光柵耦合在未來三到五年仍是主流？
關鍵在於它把最難的問題搬進晶圓廠，而晶圓廠最擅長用微影將重複性難題規模化且良率可控。光柵做在晶片表面，不必切割即可量測，晶圓級測試因此成立，也省下端面拋光工序；多通道共用一片微透鏡，對位時間隨通道數攤薄。反觀邊緣耦合的次微米主動對位、切割、拋光、膠合全留在組裝現場。
Q4：為什麼光纖進入矽光子晶片需要耦合設計？
因為存在模場不匹配問題。單模光纖的模場直徑約9至10微米，而矽波導內的光模場只有次微米量級，兩者相差十倍以上。若硬要直接對接，大部分光能量根本進不了晶片。因此需透過邊緣耦合或光柵耦合兩種路線來解決這道尺寸落差。
Q5：玻璃橋要對光纖陣列廠商造成衝擊，需要什麼條件？
需要兩件事同時成立：康寧完成量產驗證，以及至少一家大型指標客戶在新一輪PIC設計中選擇邊緣耦合。若在2027至2028年前同步到位，代表玻璃橋趕上新一代CPO交換器與加速器的設計定案窗口，競爭強度會相當大，且既有產能與對位設備未必能平移過去。
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