傳輸應用大爆發就靠它-矽光子

量子電腦與矽光子興起,半導體產業結構也面臨衝擊。雖然整體發展趨勢看來仍朝利大於弊的方向,但至少在矽光子的異質整合領域,現有台灣半導體製程有八、九成不受影響,台廠可利用現有優勢大力發展新技術。

矽光子是非常具有潛力的傳輸技術,各國大廠爭相競逐。

短期內矽光子會先運用到光纖通訊設備的微小化上,包括雷射光源、光電訊號調變器、接收器、分波多工器、光訊號切換器與光源耦合等,長期才會邁入利用CMOS製程技術將光學元件整合至矽晶片製程中。

根據IEK整理各市調機構資料,短期帶動矽光子發展的兩大應用為資料中心與電信服務。

前者以雲服務商之運行資料中心間的傳輸設備為主;後者以電信服務商建置訊息交換為主的資料中心,預期也將採用矽光子技術作為傳輸介面的主力。

IEK預估,從2015至2020年間,矽光子應用於資料中心的年複合成長率將達32.2%,電信服務的年複合成長率達31.0%。

中期而言,由於商業影像傳輸亦需要高速傳輸、即時、低能耗與低成本的產品特性需求,因此專業數位看板與大型公用資訊站等有機會採用矽光子相關產品。

當商用矽光子的傳輸速度達到50-100Gb/s且成本降低時,PC、家用媒體伺服器等就有機會採用矽光子,此即為消費性電子市場應用。

長期來看,矽光子為光電整合積體電路,具有光學特性加上電路感測分析的優勢,在醫學應用如遠端醫療、雷射醫療、雷射生物檢測及光譜分析等;在軍事用途的衛星傳輸、機器人控制與光學雷達(LiDAR)等特殊專業應用市場上,也有潛力發展矽光子相關產品設備。

由於國際大廠競相投入矽光子技術的開發,台灣半導體與光學設備商在研發上需從過去以「電子」為基礎的製程觀念,轉至「光電整合」的新思維,初期可以跟著大廠規格。IC設計公司也可透過及早加入國際生態圈,以跟上國際趨勢,台灣在軟硬體方面就能與全球接軌同步。

至於在量子電腦領域,根據美國Los Alamos國家實驗室提出的量子電腦路線圖,目前量子電腦的產生機制很多,包括核磁共振 、離子陷阱、中性原子、共振腔量子電動力學、全光學式、固態材料與超導材料等。

在量子運算技術的分類上,可分為易辛模型及量子閘的方式,後者可採用矽基Si-base(CMOS)、量子點與超導體方式取得真正的量子狀態,Google、IBM、Intel等大廠採此方案;日系廠商富士通、NEC則採Ising model,其好處是可在常溫下以傳統電腦來模擬操作。

前瞻量子科技研究中心計畫主持人、清華大學物理系教授牟中瑜曾表示,清大在開發量子電腦採超導體技術,台大則立基於矽基量子晶片,目前很難說哪一種為主流,但台灣半導體產業擅長矽積體電路的製程,對光、超導體較無優勢,一旦未來技術趨勢轉向非矽基晶片,台灣恐將錯失機會。

目前全球發展量子電腦最積極是歐盟,其次為中國大陸、美國,這些地區在2013至2015年已有上千位相關人才投入,日本也有300多位專家;台灣目前投入研究的相關人才不超過30位,離南韓的78位研發人員數量也有一段距離,顯示台灣在此領域發展需及早布局,整合產官學研的能量以建立發展綜效,建構屬於台灣特有的量子電腦相關技術利基。

(本文由工研院產業科技國際策略發展所經理彭茂榮授權轉載,刊登於經濟日報《矽光子 傳輸應用爆發》)

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