财联社消息称，台积电近期完成CPO与半导体先进封装技术整合，其与博通共同开发合作的CPO关键技术微环形光调节器（MRM）已经成功在3nm制程试产，代表后续CPO将有机会与高性能计算（HPC）或ASIC等AI芯片整合。业界分析，台积电目前在硅光方面的技术构想主要是将CPO模组与CoWoS或SoIC等先进封装技术整合，让传输信号不再受传统铜线路的速度限制。台积电预计将于2025年开始样品交付，1.6T产品将于下半年进入量产，并于2026年扩大出货规模。
那么，什么是硅光子技术？
硅光子技术集合了 20 世纪两项最重要的发明：硅集成电路和半导体激光。与传统电子产品相比，它支持在较远的距离内更快的数据传输速度，同时利用高容量硅产品制造的效率。
硅光子是一种在硅光微芯片上制造光学和电子集成电路的技术。自 2000 年代以来，主要企业研究机构进行了研究和开发。近年来，硅光子技术引起了人们的关注，因为通信技术的发展增加了对快速高效传输和接收数据的需求。而一些公司，经过最近的研究，终于进入了商业化阶段，开始提供设计服务和制造硅光子产品。
硅光子技术的特点
1. 高速传输
2. 小型化器件和低功耗降低环境负荷
3. 通过使用硅CMOS集成电路制造基础设施可以相对便宜地制造
片上光子集成电路非常紧凑、功耗更低、运行速度（超过100 Gb/s）比传统的光子器件更高，而且能够比电路更快速、更高效地传输信息。这些优势以及使用标准互补金属氧化物半导体（CMOS）制造技术的能力，共同推动了硅光子芯片的快速增长。
硅光子学：光子电路
在二十世纪八十年代中期，研究人员建议将光子电路与电子电路放置在同一芯片上。光子电路可以发射、调制、开关、放大和探测光。在2005年硅调制器被开发之前，单片光电集成硅芯片并不常见，而新制造工艺提供的线宽已变得足够窄，足以构建光子电路所需的波导。
就像电子芯片通过球栅阵列或导线连接到外部电路一样，光子芯片是通过光纤实现光的传输。由于更高的频率和更大的带宽，这些光学互连可以比电气互连实现更高速、更大量的数据传输。
然后，电路中还添加了激光器来产生光，同时接收器电路中的光电探测器可测量光子的能量、频率和其他特性。电力则使用传统的集成电路技术输送到每个器件或从每个器件中提取。将光信号转换为电信号的电子器件可以位于同一芯片上，也可以位于单独的电子器件中。这些探测器和发射器与片上器件相结合，可对光进行调制（即改变可测量的特性）、开关和放大，以执行光网络中的关键功能，促进高速数据传输，或测量微观或宏观的物理属性。
1.波导：光子在光子电路中传输的“导线”。波导的横截面、表面粗糙度和弯曲半径会对光线在波导内部的传播产生重大影响。
2.光调制器：用于修改光束的相位、振幅、偏振、间距和衍射特性，以将信息编码到光束中的组件。
3.光源：用于在电路中产生光的、各种类型的半导体激光器。激光器不是硅基的，而是使用III-V族化合物半导体。它们可以放置在外部，也可以与光子集成电路内置在相同的芯片中。
4.接收器：吸收光子并将光中编码的信息转换为电信号的光电探测器。
5.光开关：利用温度、与其他光源的相互作用以及微气蚀来控制光的器件。光开关的速度可能远快于机械开关、微机电（MEMS）开关或电气开关。
6.滤波器：利用光的一系列物理特性，使所需频率范围的光通过的各种组件。无源滤波器的频率由几何结构设定，有源滤波器的频率则由电子输入设定。
7.耦合器：分离或合并光信号的器件。
凭借其高性能表现，硅光子学取代了通信中的电气或机电开关、封装和计算机组件之间的电气互连，以及激光雷达等控制光学传感器。该技术可在其他电子系统中引入光子，从而增强现有解决方案，例如，用于光纤和复杂信号处理应用的单芯片收发器，在这类应用中，光子技术够提供更佳的性能。
硅光子学的优势
与电子、无线电波或微波相比，使用光传输信息具有显著优势。较高的频率及多种模态（频率、振幅、相位等）等特性，使光能够以低功耗传输更多信息。当光子器件与其运行所需的电子器件内置在同一芯片中时，这些优势将成倍增加，因此，能够采用低成本的大规模生产制造工艺。
由于该技术在同一芯片上结合了光学组件和电路，与单独的光学和电气解决方案相比，光电子器件可以封装到更小的外形尺寸中。同时，因为光在波导中传播的损耗极小，而且硅光子器件具有微小的尺寸，其消耗的能量比电气器件或独立光学器件更少。
不过，硅光子学最显著的优势是，其可以使用现有的CMOS制造系统。全球半导体制造商每年生产的各种芯片超过了一万亿颗。企业将半导体硬件的设计、制造、封装和测试工具应用于硅光子学技术。许多半导体代工厂正在建立光子集成设计标准，以实现更快、更低成本和更稳健的新产品开发。
硅光子学应用
采用硅光子学的光学解决方案具有紧凑性、相对较低的成本、能效和低时延，这使其适用于越来越广泛的应用。最常见的用途是通过光纤进行高速数据传输。英特尔等公司正在专注于提高光收发器芯片的功能，使其适用于更广泛的应用。许多芯片可用于实现计算机网络的光路由器和信号处理器。
节点之间的光网络和给定节点内的光学互连可以显著提高人工智能、比特币挖掘和数字孪生等高性能应用的计算速度。随着处理器计算速度的提高，数据传输的带宽成为一大瓶颈，而这可以通过硅光子学来解决。
将硅光子技术运用于光子组件的一些新兴应用包括：
- 光子传感器：SiPh传感器可以测量光穿过样品时折射率的微小变化，这些变化可以识别生物或环境样本中的特定生物标志物。
- 激光雷达：光探测和测距器件发出光脉冲并测量返回时间。与使用分立组件构建的系统相比，基于硅光子学的激光雷达更紧凑、功耗更低、制造成本也更低。
- 量子计算和网络：量子计算机使用光子进行计算。量子计算机内部和量子计算机之间的光管理受益于光子集成电路的速度、准确性和低成本。
资料来源：英特尔官网、ansys官网、日立高新技术官网
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