全球网路应用迅速发展,从5G、AI到元宇宙等,和大众生活各个面向结合,尤其2020年疫情爆发后,数据中心对频宽的要求飞速攀升,也由于网路资料流量快速成长,对网通芯片频宽的需求,也不断水涨船高。
伴随对能耗需求的大幅增加,传统印刷电路板整合已无法承载高速的频宽需求。因此将网通芯片改采硅光子共封装模组技术(CPO)来实现已是大势所趋,借由先进封装技术将光电与光学元件整合,使芯片开发者获得更多通讯频宽,从而实现高速低延迟的数据传输之外,传输资料时所消耗的电力也大幅减少,刚好切中现今全球低碳节能的诉求。也因拥有这些优势,CPO模组将成为下一代高速网通相关芯片重要的技术之一。
中国台湾有完整半导体制造、设计、封测整合产业,并在消费型网通装置、设备市场长期耕耘,面对运算、网通需求增加,加强投入高速光电通讯芯片开发,未来可即时衔接上游制造及下游系统应用,在核心组件自主下,带动整体产业加值空间,同时发展半导体先进封装技术,解决连接埠密度、功耗、散热管理与频宽等技术瓶颈,拓展台湾封测整合产业应用。
根据Yole的产业趋势报告显示,以2019年的12.8T服务器总传输速度推估,至2028年需求量上看至204.8T。而传统插拔式光收发模组(Transceiver) 因本身架构传输速度受限的情况下,将难以供给逐渐提高的传输速度需求,服务器架构势必将在近几年逐渐替换成CPO的架构,因此Yole的报告反应出CPO传输模组打入市场,估计2028年数据中心将替换成204.8T的CPO传输技术是已在进行的方向。
以硅光子技术为基础的CPO共封装模组架构原理是将光通讯和电子封装技术融合,使光和电信号能在同一个硅芯片上共存,以实现高速、高带宽、低能耗的解决方法,其架构大幅缩短电的传输路径,搭配低耗损光电载板线路结构设计,突破现有电路板组(PCBA)资料传输瓶。相较传统收发器架构,CPO模组靠着高精度芯片设计与整合技术减少电的传输路径,相同时间下资料量传输可提升八倍,增加30倍以上的算力并节省50%以上功耗。
目前CPO技术尚处于研发阶段,国际大厂纷纷投入竞逐,国际网通系统大厂博通与思科在2023年全球光通讯研讨会(OFC)公开发表的的51.2T CPO,技术领先群雄,其他着重于CPO技术发展的全球网通指标性厂商还包含英特尔、辉达、IBM等大厂。
“台湾经济部”以科专计划积极投入硅光子及CPO的研发,并于工研院成立“硅光子积体光电系统量测实验室”(LIOS),至今已有多件来自国际及台湾厂商的量测服务与技术合作案例,同时积极促成台湾产业链的建立。
另外透过结合台湾光电暨化合物半导体产业协会(TOSIA)力量成立光通讯与硅光子SIG联盟,透过合作联盟厂商共同开发技术、分享资源并提升整体竞争,冀望带动台湾光通讯与硅光子产业升级发展与开拓创新应用市场,串联上下游业者不同的需求、技术及方案,打造新一代AI及网通产业的护国群山。
目前硅光子技术正在解决插拔式模组讯号延迟的问题,以解决数据中心内部计算速度逐步提高之需求,在各产业终端产品应用链结AI运算需求的同时,在计算架构中的CPU、 GPU与存储器等硬件之间相互讯号传输速度将成为瓶颈,许多学者提出希望用光波导来取代电讯号的资料交换,让各硬体之间的内部传输更快更有效率,这项技术将带来更强大的运算能力,有助于推动AI和其他高效能应用的发展。
硅光子技术站在台湾光电产业的强大基础实力上可望迅速发展,讯号在光芯片中传递的技术有助从物理根本上提升数据中心内部计算速度,以及对外资料传输速度,半导体制程与高精度封装技术使模组变更微小、更精密,可填补不断增长的AI运算需求,台湾在半导体技术实力和硅光子技术的链结带来的创新与进步,可在全球科技竞争保持领先地位,开发推动半导体产业经济转型与可持续发展,也为人类开创更加光明的前景未来。
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