生成式AI的出現，是矽光子從利基走向主流的轉捩點。將晶片I/O光化，對半導體產業而言，是一次重大的典範轉移，不僅有技術方面的挑戰，也可能對產業格局帶來巨大影響。
對運算效能要求極高的生成式AI，一舉改變了過去數十年來硬體效能過剩的情況，迫使半導體業界必須找到提升運算效能的新方法。除了從改良運算架構著手外，資料傳輸的效能也必須快步跟上，才不會讓I/O成為整個系統的瓶頸。也因為如此，在生成式AI爆紅之後，原本還處在研發跟小量生產階段的矽光子技術，受到更廣泛的關注。
不過，矽光子嚴格來說有兩個面向，一是光學元件的微型化，涉及光子積體電路(PIC)本身的設計與製造，其次則是光子晶片與電子晶片(EIC)的異質整合，如台積電提出的共同封裝光學(Co-Package Optics, CPO)。台積電、日月光等台系半導體大廠的布局都集中在後者；光子晶片的設計與製造，則是光通訊產業負責的範疇，其中有許多元件不是化合物半導體，就是具有類似微機電(MEMS)的結構。因此，除了動見觀瞻的台積電、日月光，許多規模相對較小，但在光通訊領域耕耘多年的業者，甚至是網通、伺服器廠商，也都在積極布局矽光子技術。
矽光子時代近在眼前 EDA/半導體製造全速衝刺
不管是要設計或製造矽光子元件，都需要對光的行為進行深入分析與模擬，因此光學模擬軟體可說是矽光子技術研發不可或缺的工具。且考量到矽光子的設計、量產時程日益緊迫，工程團隊不只需要精準的模擬工具，而且需要在更短時間內完成模擬分析，才能縮短產品開發時程。
在光學領域著墨甚深的多物理模擬與EDA工具業者安矽思(Ansys)，近日便宣布與台積電、微軟(Microsoft)進行成功的試驗，大幅加速矽光子元件的模擬和分析。兩家公司共同透過微軟Azure NC A100v4系列虛擬機器，在Azure AI基礎架構上執行的NVIDIA加速運算，將Ansys Lumerical FDTD光子模擬速度提升超過10倍，進而讓設計人員在更短時間內找到最適合的晶片設計。
要將光路和電路相結合是一項需精確多物理設計與製造的艱鉅任務。輕微的失誤都可能會在晶片中造成連續性挑戰，這可能會導致成本增加和時間延遲多達數個月。為緩解挑戰並釋放矽光子技術的潛力，台積電與Ansys合作，使用NVIDIA GPU的高效率Azure虛擬機器加速Lumerical FDTD模擬。Azure NC A100v4虛擬機器執行模擬，並找出平衡成本與效能的最佳資源。
台積電矽光子系統設計主管Stefan Rusu表示，多物理晶片解決方案的規模和複雜性，使得模擬所有可能的參數組合的程序具有挑戰性。這項最新的合作再次突顯，Ansys有效利用最新的雲端基礎架構和技術，提供強大且準確的解決方案，在很短的時間內就能產生結果。
Ansys半導體、電子和光學事業部副總裁兼總經理John Lee表示，Ansys開發了獨特的功能，可以實現光子多物理模擬引擎緊密結合。與台積電和微軟合作，加速解決高速光學資料傳輸的技術，這是當今最重要的晶片設計挑戰之一。
微軟Azure基礎架構數位與應用程式創新企業副總裁Shelly Blackburn則強調，對於尋求HPC和AI結合功能的使用者來說，我們的協同合作是一個重要優勢，使用雲端解決方案的彈性，同時維持熟悉的內部部署體驗。我們的目標是解決高品質半導體產品所需的大規模設計的複雜性。利用微軟Azure Cloud運算的強大功能和可擴充性，是克服這些挑戰的關鍵策略。
網通/伺服器業者積極布局矽光子
除了台積電正在全力衝刺，希望將矽光子技術推向量產外，身處產業鏈下游的網通、伺服器等設備製造商，也已經開始在矽光子領域展開布局。在光學模擬工程軟體市場耕耘20年，同時也是Ansys一系列光學模擬工具在台灣主要加值代理商之一的睿騰創意就指出，為了應對即將到來的矽光子時代，不只上游半導體製造，下游的設備製造商也已經動起來了。
睿騰創意總經理張力和(圖1)指出，在矽光子技術受到廣泛關注之前，光通訊與網通相關產業就已經在光子技術這個題目上耕耘了非常多年。光子技術的本質是將光學元件以類似半導體製程的方式實現，因此可以大幅縮小光學元件的尺寸，帶來降低成本、增加通道數量等優勢，因此對通訊相關產業而言，關注光子技術的發展動態，是很自然的。
圖1 睿騰創意總經理張力和表示，生成式AI是光子技術從利基邁向主流的關
鍵轉捩點
不過，在生成式AI出現之前，光子晶片是一個相對利基型的技術，所以光子晶片市場目前還是外商主導。也因為應用市場規模不大，因此沒有出現業界統一標準，供應商基本上是依照微軟、Google、Meta這類大客戶提出的規格要求來進行客製化產品研發。
但生成式AI興起之後，光子技術的潛在應用市場規模迅速擴大。過去只有資料中心裡面的網路設備、基地台或電信設備會用到這項技術，但未來伺服器內部晶片間的高速互連都將走向光化。因此伺服器業者也必須開始研究光子技術並進行光學模擬分析，日後才能把矽光子晶片導入到伺服器裡面。也因為這個緣故，開始有部分伺服器業者與睿騰接觸，希望導入Ansys Lumerical工具，並由睿騰提供相關技術支援。因此，生成式AI可以說是光子技術從小眾走向大眾的轉捩點，也為睿騰帶來拓展新客戶的機會。
AI點燃矽光子革命 台灣科技產業鏈動起來(1)
AI點燃矽光子革命 台灣科技產業鏈動起來(2)