差不多在10年前,包括Intel、IBM等廠商就發表過應用於光學元件的基礎矽光子(silicon photonics)功能區塊──包括調變器(modulator)與探測器(detector)──性能紀錄;現在已經有公司開始推出複雜的矽光子IC產品。

筆者在2014年底著手撰寫《矽光子:點燃下一波資訊革命(Silicon Photonics: Fueling the Next Information Revolution)》一書時,業界首度迎接矽光子技術的狂熱興奮已經被產業實用主義所替代;廠商們意識到,在將該技術推向市場之前還有很多挑戰有待克服。

那些挑戰不只是與技術相關,還與業務經營有關,例如定義市場、降低成本以及判定該技術將在何處發揮作用;矽光子與磷化銦(indium phosphide)與砷化鎵(gallium arsenide)相互競爭,而後兩者是已經被應用於光學元件產業的成熟技術。

我們在2016年完成了上述新書,這也是矽光子技術進展順利的一年;網通設備製造商Ciena與Juniper Networks進行了一些收購,也將矽光子技術知識納入掌中──Ciena是以3,200萬美元收購了加拿大電信設備業者Teraxion的矽光子部門,Juniper則是以1.65億美元收購新創公司Aurrion。

同樣在2016年,生產以矽光子IC為基礎之長距離傳輸應用同調收發器(coherent transceiver)的廠商Acacia Communications成功股票上市;大廠Intel則發表了十年實驗室研發的結晶──首款100-gigabit收發器。

此外新創公司Rockley Photonics、Ayar Labs與Sicoya,則是隨著它們的首款產品即將問世而更受到矚目;還有就在上個月,私人公司Elenion Technologies自己跳出來宣佈該公司已經營運超過兩年,並推出了光學引擎產品。

晶片設計業者需要開始關注矽光子技術;高階晶片開發商可能會認為他們已經在新一代IC的設計上取得不錯進展,不需要矽光子技術,但這種情形不會持續太久。

隨著摩爾定律(Moore’s law)即將走到盡頭,設計與系統的微縮變得更具挑戰,矽光子技術將會是能讓晶片繼續微縮的關鍵技術;其形式包括能在晶片上取得或饋入資料的光學互連,或是為複雜的2.5D、3D封裝晶片提供性能更佳的裸晶互連方法。

在2016年,Broadcom發表了傳輸速率達6.4Tbit/second的Tomahawk II交換器晶片;該晶片配備25Gbps串列解串器(serdes);到2020年,交換器晶片預期會進展兩個世代,先支援12.8Tbits/s、然後是25.6Tbits/s的速率。

12.8Tbits/s晶片能利用PAM-4調變實現50Gbits/s串列解串器,但如果資料得被移入/移出晶片並跨越電路板,應該就會需要25.6Tbits/s光學介面;而屆時將會是矽光子技術的關鍵拐點。

現在,晶片與光學零組件的設計是兩個不同的世界,但半導體與光學技術領域正在合併,一旦有所改變,速度將會非常快;晶片產業將開始推動矽光子技術──Telecom Infra Project (TIP)專案就是一個晶片與光學技術領域正在整合的案例。

TIP這個專案是由Facebook與十家電信業者共同發起,首場高峰會在去年11月舉行,並發表了Voyager封包光學(packet-optical)交換器平台;該交換器內含Broadcom的Tomahawk系列3.2Tbits/s交換晶片,以及兩顆Acacia 400-gigabit同調光學收發器。

藉由Tomahawk晶片與同調光學收發器,Voyager成為資訊與電信領域合併的一個顯著案例;但還有更微妙的發展是,Voyager展現了光學元件與ULSI交換晶片如何共同合作。如前面所述,未來交換器晶片交會是最早採用矽光子技術;Voyager顯然是一個實現未來電-光技術整合的平台。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Silicon Photonics Merging Ahead,by Roy Rubenstein)