十月_矽光子專題｜全球矽光子技術發展概況剖析(下)
除了矽光子製程技術外，連接介面技術也是其中一很重要的一環。圖2是資料中心用通訊連接介面發展趨勢，最早是使用銅纜線連接器，將電信號經由電路板線路傳送至交換器晶片。銅纜被光纖取代後使用插拔式光收發模組，將光信號轉成電信號後經由電路板線路傳送至交換器晶片，其線路可採用雙同軸纜線(Twinax)以降低信號減損。為了再降低信號傳輸損耗而發展出板上光學(On-Board Optics)技術，其將光收發模組安裝在電路板上以減少信號傳輸距離，2015年由Microsoft、Cisco、Broadcom、Arista等公司成立COBO組織以制定相關標準。若能將光信號收發模組以矽光子技術製成晶片，並借助共封裝光學(CPO)技術將其與交換器晶片整合在載板上則可顯著降低信號傳輸損耗，隨著傳輸量增加而從2.5D演進到3D封裝，可使交換器、光引擎晶片連接距離降至50 μm。
圖2、光通訊連接介面技術發展趨勢
資料來源 : Yole Développement (2020)
目前主要由交換器晶片設計大廠推動共封裝光學技術，研發此技術有Intel、Ayar Labs、Broadcom、Xilinx、Rockley、Cisco、Marvell、IBM、Nvidia、AMD、Juinper、日月光等公司，其中以Broadcom技術發展較快[為主要推動者]，相繼於2022、2023年推出Tomahawk 4與Tomahawk 5等產品，2019年Microsoft、Meta等雲服務商成立聯盟以推動共封裝光學標準與產品。2022年Optical Internetworking Forum中展示目前發展出的四種共封裝光學架構，如圖3所示，
(a)與(b)是矽光子與交換器晶片封裝成多晶片模組(MCM)，兩者的差異是矽光子晶片分別使用插槽連接或直接焊接在載板上。
(c)是交換器晶片和銅纜線組(Copper Cable Assembly)封裝成模組，再用纜線連接矽光子晶片。
(d)是矽光子與交換器晶片都是透過插槽連結載板，如此可方便安裝和拆卸晶片，這種架構稱為近封裝光學(Near-package Optics；NPO)。
圖3、目前發展出的四種共封裝光學架構
資料來源 : Optical Internetworking Forum (2022)
市場研究機構Yole Développement最新報告指出2022年全球共封裝光學市場規模為0.38億美元，預估至2033年將成長至26億美元，2022~2033年複合年增長率為69%。預估主要應用領域是資料中心、AI訓練/機器學習與分解式運算。檢視目前 400Gbps可插拔式光收發模組已經量產，且800Gbps產品也開始推出，
且由於共封裝光學產品尺寸小且更精密，若損壞時更換難度遠高於其他、尚未發展出統一規格，故當前仍無法與技術成熟、規格統一且成本低的可插拔式光收發模組技術競爭，換句話說可插拔式光收發模組在傳輸速度400Gbps或800 Gbps的產品主要採用之技術。預期1.6 Tbps以上光收發模組才會大量導入共封裝光學技術，市場研究機構Light Counting預估2027年可能成為市場主流。
