矽光子是什麼？整合光通訊與運算的晶片技術，優點＆應用一次看

矽光子是什麼？本文帶您深入認識矽光子原理和優點，了解以矽光子為基礎的CPO封裝帶來的重大突破，同時整理產業應用、概念股等資訊，最後回答常見問題。如果您正在規劃矽光子封裝自動化製程，歡迎與全球儀器洽談！

一、矽光子是什麼？認識新一代光通訊晶片技術

矽光子是近年半導體與光通訊領域正在發展的重要技術，透過將光學元件整合至矽晶片中，讓資料能以光訊號形式進行高速傳輸，被視為支撐 AI 伺服器、資料中心與高速光通訊發展的重要基礎技術。以下將帶您了解矽光子的運作原理，以及光訊號如何在晶片中完成傳輸。

（一）矽光子原理說明

矽光子（Silicon Photonics）是一種以矽（Si）為核心材料建構光子積體電路的技術，能夠將原本獨立存在的光學傳輸功能微型化，並整合進半導體晶片中，使晶片除了執行資料運算之外，也能同時完成高速光訊號傳輸，這類晶片便是所謂的「矽光子晶片」。

1. 矽光子晶片結構

在實際的硬體結構中，矽光子晶片大多建立於 SOI（Silicon-On-Insulator，絕緣層上覆矽）晶圓平台上。SOI 晶圓由上層矽層、中間的二氧化矽絕緣層，以及下方矽基板所組成。藉由 CMOS（互補式金氧半導體）半導體製程技術，工程師可在上層矽層中製作光波導、調變器、分光器等光學元件，並進一步整合光檢測器等功能模組，形成完整的光訊號傳輸架構。

2. 光訊號如何在晶片中傳輸？

要了解光訊號如何傳輸，首先要知道為什麼是選擇「矽」，而非其他化學元素來製作可傳遞光訊號的晶片。由於矽在近紅外波段（約 1,310nm～1,550nm）具有良好的導光特性，折射率約為 3.5，因此非常適合作為光訊號的主要傳播媒介，同時，周圍的二氧化矽包覆層折射率較低（約為 1.45～1.5），與矽層形成明顯的折射率落差。

當光進入傳輸路徑後，會因為全反射現象（當光由折射率高的介質進入折射率低的介質時，若入射角大於臨界角，光線便不會折射出介質，而是會 100% 被反射回原介質）而被侷限於特定路徑中傳輸，讓光訊號能沿著預定方向穩定前進，實現低散射與洩漏的傳輸。

簡單來說，這種技術結合了半導體製造與光通訊技術，突破了傳統傳輸方式在速度、功耗等方面的瓶頸，因此被視為近年半導體產業的重要發展方向之一。

（二）矽光子晶片運作流程拆解

矽光子晶片的運作流程可分為「訊號轉換、光訊號傳輸、訊號接收」3 個階段，透過光與電之間的轉換機制完成資料傳遞：

1. 訊號轉換：將電子訊號轉換為光訊號

資料在電腦、伺服器或網路設備中原本是以電子訊號形式存在。當資料需要進行高速傳輸時，系統會先由雷射器產生穩定光源，再透過調變器將電子訊號載入光波之中，使原本的電訊號轉換為可供傳輸的光訊號。

2. 光訊號傳輸：透過光波導傳遞資料

完成轉換後，光訊號會進入矽光子晶片內部的光波導結構中傳輸。如同前文所述，由於矽與二氧化矽之間具有明顯的折射率差異，光線因全反射的原理被侷限於特定路徑內前進，這些光波導路徑如同晶片中的「光學高速公路」，能夠將資料快速傳送至指定位置。

3. 訊號接收：將光訊號轉回電子訊號

當光訊號抵達接收端後，光檢測器會將接收到的光能轉換回電子訊號，使資料能重新被處理器、交換器或其他運算元件讀取與運算，至此便完成一次完整的資料傳輸流程。

二、為何選擇矽光子？4 大矽光子優點這裡看

相較於傳統電子傳輸技術，矽光子最大的價值在於能同時兼顧傳輸速度、功耗、小型化與生產系統整合度等多項優勢。隨著 AI 運算、資料中心與高速網路持續發展，傳統電訊號傳輸逐漸面臨頻寬與能耗限制，而矽光子則透過光訊號傳輸提供新的解決方向。接下來就讓我們一起探索矽光子的 4 大優勢，了解為何它被視為下一代高速通訊的重要技術。

（一）高效能數據傳輸：提升資料交換速度與頻寬容量

矽光子最大的特點，就是能透過光訊號進行高速資料傳輸。相較於傳統電子傳輸容易受到電阻、訊號衰減與干擾影響，光傳輸能在更高頻寬、更低損耗下承載大量資料，特別適合 AI 訓練、資料中心互連與高效能運算等大量資料吞吐需求場景。當系統需要處理大量即時資料時，矽光子能有效提升整體資料交換效率，降低傳輸瓶頸對運算效能的影響。

（二）低能耗：降低高速傳輸帶來的功耗壓力

隨著 AI 運算規模持續擴大，伺服器、交換器與儲存設備之間需要傳輸的資料量也越來越龐大。傳統電子訊號在銅線中傳輸時，會因電阻效應而產生能量損耗，當傳輸距離越長、速度越快，所需的驅動電力通常也越高。相較之下，矽光子利用光訊號傳遞資料，傳輸過程中的損耗較低，因此能在維持高速傳輸的同時降低能源消耗。

對大型資料中心而言，降低傳輸功耗不僅能減少電力支出，也能降低散熱系統負擔。當成千上萬台伺服器同時運作時，這種節能效益將被進一步放大，因此低能耗也成為矽光子受到市場重視的重要原因之一。

（三）體積小、整合度高：提升晶片封裝與系統密度

矽光子能將光波導、調變器與光檢測器等光學元件直接整合進矽晶片中，大幅縮小傳統光通訊模組所需的空間。相較以往需要外接光纖模組或獨立光學元件的架構，矽光子可讓晶片設計更緊湊，提高整體系統整合度。這種小型化特性對伺服器、交換器與高密度運算設備來說特別重要，有助於提升設備配置效率與空間利用率。

（四）可沿用 CMOS 製程：降低量產門檻與製造成本

矽光子之所以受到半導體產業重視，另一個重要原因是它能沿用現有 CMOS 製造系統進行生產。由於現代大多數晶片都建立在 CMOS 製程基礎上，矽光子技術可直接整合進既有半導體供應鏈，不必重新建立全新的生產架構。這不僅有助於降低開發與量產成本，也讓矽光子更容易商業化，加速大規模應用。

三、矽光子如何改造封裝邏輯？CPO 技術介紹

因應傳統電子傳輸架構在功耗、延遲與訊號損耗等方面的限制，為了讓資料能更有效率地在晶片之間流動，產業開發出應用了矽光子技術的 CPO（Co-Packaged Optics，共同封裝光學）的封裝方式。以下便從傳統封裝架構談起，進一步認識 CPO 如何透過矽光子技術重新定義高速資料傳輸的封裝邏輯。

（一）傳統封裝是什麼？晶片與光模組分開運作的架構

在傳統高速資料傳輸架構中，運算晶片與光通訊模組通常採取分開封裝的方式。晶片主要負責資料運算與處理，而光模組則負責電訊號與光訊號之間的轉換與收發功能，並透過光纖與其他設備進行高速資料傳輸。整體流程通常是由晶片先完成運算，再經由封裝基板與電路板將資料傳送至外部光模組，最後才進入光通訊階段。

這種架構已發展多年，技術成熟而且應用廣泛。然而，由於晶片與光模組之間仍需透過電子訊號進行傳輸，資料必須經過高速 I/O、SerDes 與電路板走線後才能轉換成光訊號。隨著 AI 運算規模與資料傳輸需求持續成長，這段電子傳輸路徑逐漸成為系統瓶頸，不僅會增加訊號損耗與功耗，也可能提高傳輸延遲，進而限制整體系統效能。

（二）CPO 如何改變傳統封裝？矽光子在其中扮演什麼角色？

為了解決晶片與光模組之間電子傳輸路徑過長的問題，CPO 逐漸成為新一代封裝技術方向。CPO 的核心概念，是將原本獨立設置的光通訊模組直接整合到運算晶片封裝內或封裝附近，讓資料能更快從晶片端進入光傳輸流程，縮短電子傳輸距離並減少中間損耗。

而在這種架構中，矽光子則扮演關鍵技術角色。矽光子可透過矽基半導體製程，將光波導、調變器與光檢測器等光學元件微型化並整合進晶片平台中，使光學元件與電子元件能共同封裝與協同運作。簡單來說，CPO 是封裝方式的升級，而矽光子則是支撐這種升級的重要技術基礎。

四、矽光子應用 4 個實例分享，以高效傳輸打開發展潛能

從資料中心到 AI 運算，再到醫療檢測與智慧交通，矽光子的應用範圍正持續擴大。由於兼具高速傳輸、低功耗與高整合度等特性，矽光子不僅能改善傳統電子傳輸所面臨的效能限制，也為許多新興技術提供更有效率的資料交換方式，以下便透過 4 個常見應用場景，帶您了解矽光子如何逐步走入各個產業。

（一）資料中心

資料中心是提供雲端運算、影音串流、社群平台與企業資訊服務的重要基礎設施，內部通常部署大量伺服器、交換器與儲存設備。隨著網路流量持續成長，設備之間需要處理的資料量也越來越龐大。矽光子能透過高速光通訊提升資料傳輸效率，在提升頻寬的同時降低傳輸損耗與功耗，因此已廣泛應用於高速光模組與資料中心網路架構中，協助維持穩定且高效的資料交換能力。

（二）AI 伺服器

AI 伺服器是專門用於人工智慧訓練與推論的高效能運算設備，通常搭載大量 GPU 或 AI 加速晶片。當大型語言模型、影像辨識或生成式 AI 執行運算時，系統的元件之間需要在短時間內交換大量資料，因此對傳輸速度與頻寬有極高要求。矽光子可提升晶片與晶片、伺服器與伺服器之間的資料傳輸效率，因此被視為引領未來 AI 伺服器與高效能運算（HPC）發展的重要技術之一。

（三）生醫感測

除了通訊領域之外，矽光子也被應用於生醫感測技術。由於光對環境變化相當敏感，因此可利用矽光子元件偵測血液、唾液、尿液等體液中的生物標記物變化，或分析蛋白質、細菌、病毒等微小物質的存在情況，作為疾病篩檢、健康監測與生物分析的輔助工具。

以近年蓬勃發展中的穿戴式健康監測裝置與實驗室晶片為例，也正積極部署導入矽光子感測技術。相較於傳統檢測設備，矽光子感測器具有體積小、靈敏度高與易於量產等優勢，因此成為備受矚目的新趨勢。

（四）自動駕駛

自動駕駛系統需要即時感測周圍環境，並快速完成資料分析與決策。其中，光達（LiDAR）是常見的環境感測設備之一，能透過發射雷射光並接收反射訊號，建立周圍環境的 3D 立體模型，協助車輛辨識道路、車輛、行人與障礙物位置。

矽光子技術可將部分光學元件整合至晶片中，有助於縮小光達模組體積、降低製造成本，並提升感測精度與可靠性，因而成為支持智慧車輛與自動駕駛輔助系統發展的一大基礎。

五、前景看好，跟上發展趨勢！矽光子 CPO 概念股一覽

矽光子與 CPO 的產業鏈涵蓋範圍相當廣，從上游材料、中游晶片製造，到下游封裝與光通訊模組皆有相關布局。

以上游來說，主要包含磷化銦（InP）、鍺（Ge）等光電材料，以及雷射器等關鍵光學元件的供應商；中游則涉及矽光子晶片製造、光子積體電路（PIC）設計與光學元件整合；下游則包含先進封裝、光纖連接、光模組組裝與系統整合。由於 CPO 的落地需要完整供應鏈配合，因此相關企業也被市場視為重要受惠族群。

目前市場關注的矽光子 CPO 概念股，大致可分為幾個主要方向：

1. 晶圓代工與平台整合

• 台積電（2330）：矽光子平台與 CPO 技術整合核心廠商
• 聯電（2303）：布局矽光子製程平台與光子積體電路製造

2. 封裝與測試

• 日月光投控（3711）：先進封裝與光電整合能力布局
• 訊芯-KY（6451）：高速光模組封裝應用
• 台星科（3265）：矽光子封測
• 聯鈞（3450）：雷射封裝

3. 光通訊與光學元件

• 聯亞（3081）：光電磊晶與高速光元件
• 上詮（3363）：光纖陣列與高精度連接技術
• 波若威（3163）：光纖被動元件與模組整合
• 光聖（6442）：高速光連接元件

❗️重要提醒：概念股名單僅供產業鏈認識與市場資訊參考，不代表個股投資建議。由於矽光子與 CPO 技術仍處於快速發展階段，各公司實際參與程度與營收貢獻可能隨技術進展及客戶導入情況而有所變化。

六、矽光子未來發展方向有哪些？矽光子常見問題

（一）矽光子未來發展方向有哪些？

未來矽光子的發展重點，除了持續提升傳輸速度之外，也朝向更高整合度與更小體積的方向邁進。目前業界正積極研究如何將更多光學元件整合至單一晶片中，降低元件之間的連接損耗，並提升整體系統效率。同時，矽光子與先進封裝技術的結合也越來越緊密，讓光訊號能更接近運算核心，進一步改善資料傳輸效能。

另一方面，隨著製程技術進步，矽光子元件的量產能力與良率也持續提升，有助於降低導入成本並加速商業化應用。未來除了通訊與運算領域之外，矽光子也有機會在精密感測、醫療檢測與新興光電技術中扮演更重要的角色，推動光與電整合架構的持續發展。

（二）矽光子應用遇到哪些瓶頸與挑戰？

雖然矽光子具備高速傳輸、低功耗與高整合度等優勢，但在大規模應用上仍面臨不少挑戰。首先，矽本身雖然適合作為光波導材料，卻無法直接產生雷射光，因此仍需整合磷化銦和其他光電材料來建構完整系統，增加設計與製造的複雜度。

其次，光學元件對製造精度要求極高，即使是微小的結構偏差，也可能影響光訊號傳輸效率。此外，光學元件與電子元件整合後，還需要面對散熱、訊號穩定性與封裝技術等問題，才能確保系統長時間穩定運作。

最後，成本仍是目前矽光子普及化的重大挑戰。雖然矽光子已能利用成熟的半導體製程進行生產，但相關元件與封裝技術仍處於發展階段，未來仍需透過規模化量產與良率提升，才能進一步降低成本並擴大應用範圍，因此目前仍然集中應用在高階技術產業。

（三）矽光子會取代傳統電子傳輸嗎？

短期內，矽光子不太可能完全取代傳統電子傳輸。雖然光訊號在長距離與高速資料傳輸方面具有明顯優勢，但目前的資料運算、邏輯控制與記憶體存取仍主要依賴電子訊號完成，因此 CPU、GPU、記憶體等核心元件短期內仍將以電子技術為主。

矽光子的發展方向並非全面取代電子，而是逐步將光傳輸延伸至更靠近運算核心的位置。過去光訊號主要應用於伺服器之間或設備之間的通訊，而未來隨著 CPO、光學 I/O 等技術發展，光傳輸有機會進一步進入晶片封裝甚至晶片周邊，藉此降低資料傳輸瓶頸與功耗問題。因此「光與電共同運作」的架構仍是目前業界的發展目標，而非以單一技術完全取代另一種技術。

七、專業、可靠矽光子封裝自動化製程，由「全球儀器」為您規劃！

隨著 AI 伺服器、高效能運算與大型資料中心快速發展，CPO 與矽光子技術逐漸成為高速傳輸架構的重要發展方向。然而，當傳輸速度不斷提升，光纖組裝與光學元件整合的精度要求也越來越高，製程穩定性與品質控管成為影響產品良率的重要關鍵。

傳統光纜組裝流程多仰賴人工操作，容易受到設備精度、環境因素與人員經驗差異影響，進而造成光纖對位誤差、插入損耗增加或產品一致性不足等問題。面對矽光子與 CPO 時代對高精度製程的需求，企業更需要透過自動化設備提升生產品質與效率。

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面對矽光子、光模組與 CPO 技術快速發展所帶來的新一波產業升級，製程精度、品質穩定性與數據追溯能力將成為企業競爭力的重要關鍵。若您正規劃相關自動化產線，全球儀器可依據實際製程需求提供完整評估與客製化解決方案，協助企業打造更高效、更穩定的智慧製造流程。