隨著人工智慧、雲端運算和高速資料中心的需求持續成長，光子積體電路(Photonic Integrated Circuits, PIC)成為提升資料傳輸效率的關鍵技術之一。矽光子技術因其與現有 CMOS 製程的相容性，一直是市場上的主要技術。然而，隨著更高頻寬、更低功耗的需求增加，其他材料平台，如絕緣體上鈮酸鋰(Lithium Niobate on Insulator, LNOI)和磷化銦(Indium Phosphide, InP)也浮上檯面，未來有可能挑戰矽光子技術的市場主導地位。
矽光子技術的市場現狀與挑戰
矽光子技術因為可以利用成熟的半導體製造基礎設施，大幅降低生產成本，並且能與電子元件高度整合，使其成為目前市場上的主流選擇。透過成熟的 CMOS 製程，矽光子產品能夠實現大規模量產，進一步降低成本。然而，矽光子技術仍面臨一些限制，例如矽本身缺乏強烈的電光效應，電光效應的原理主要基於電場對材料介質的影響。當電場作用於某些非線性光學材料時，會改變材料的折射率，因此需要引入其他材料(如薄膜鈮酸鋰、鈦酸鋇等)來提高調變器效能。此外，矽並非良好的發光材料，因此通常需要外部光源或與磷化銦等材料進行異質整合，這增加了技術的複雜度與成本。
LNOI 技術的潛力與市場趨勢
絕緣體上鈮酸鋰(LNOI)憑藉其卓越的光學特性，近年來逐漸受到關注。LNOI 具備低光學損耗與高電光係數，使其成為未來高頻寬應用的有力競爭者。鈮酸鋰的電光效應極為強大，因此 LNOI 電光調製器能夠在高速資料傳輸中發揮更高效能，特別適用於資料中心的3.2T可插拔模組，預計在2027至2028年將逐步進入市場應用。然而，目前 LNOI 的製造技術尚未成熟，導致量產成本仍然較高，且供應鏈尚未完全建立，使其在市場滲透上仍面臨挑戰。市場預測顯示，LNOI 在資料通訊領域的市場規模預計在2029年達到10億美元，並且年均成長率接近 100%。隨著技術的不斷成熟與生產成本的降低，LNOI 在高頻寬應用中的競爭力將進一步提升。
磷化銦技術的發展與市場潛力
磷化銦(InP)技術因其內建光源能力，在光子積體電路領域擁有獨特的競爭優勢。與矽光子技術不同，InP能夠直接整合雷射光源，降低組裝成本與複雜度，並且在長距離通訊應用中表現優異。特別是在強度調製-直接檢測（IM-DD）和相干光通訊技術中，InP 技術展現出極大的潛力。然而，InP 的製造成本較高，且目前仍屬於低產量技術，市場接受度相較於矽光子技術較低。因此，業界龍頭公司，如 Infinera、Lumentum 和 Smart Photonics，正積極推動 InP 技術發展，期望到 2029 年能夠在資料中心市場獲得更高的佔有率。
圖 矽光子模組傳輸速率占比；資料來源：Yole Intelligence
高速資料傳輸的未來發展方向
在未來的高速資料傳輸市場，預計在 2026 至 2027 年間，業界將逐步過渡至 200G per lane 的標準，如圖所示。以支持新一代 AI 訓練叢集與雲端資料中心的需求。這一轉變將能夠降低 20-30% 的功耗，並減少雷射元件的使用量，以降低每位元成本。然而，這一轉變也帶來了一些挑戰，例如材料整合的成本增加，可能影響製程良率。此外，為了實現 400G/channel 應用，矽光子技術需要深度整合鈮酸鋰、鈦酸鋇及有機材料，這將進一步增加製造成本。預計到2032至2033年，這些技術將能夠達到經濟可行性，進一步推動高速資料傳輸技術的發展。
Co-Packaged Optics（CPO）的機遇與挑戰
隨著資料傳輸需求的提升，Co-Packaged Optics（CPO）逐漸受到關注。CPO 有望解決高速資料傳輸的功耗問題，但由於目前尚未獲得 IEEE 標準認可，其市場採納仍存在不確定性。此外，CPO 需要依賴高達 200Gbps 以上的高頻寬通道，以及 224G PAM4 或相干技術的進一步發展。然而，高頻運作下的散熱與功率管理問題仍然是業界需要克服的挑戰。
結論與展望
整體來看，目前矽光子技術仍然是光子積體電路市場的主流，但隨著 LNOI 和 InP 技術的崛起，未來市場將進入高度競爭的格局。各技術平台各有優勢與挑戰，未來的關鍵發展方向將取決於製程技術的成熟度、生產成本的控制以及市場應用場景的選擇。隨著 AI 訓練資料集的成長、光學 I/O 的普及以及資料中心對更高頻寬的需求，光子技術市場將迎來重大變革。最終，能夠在效能、成本與市場接受度之間取得最佳平衡的技術，將成為未來的主流選擇。
儘管矽光子的廣泛普及還不會這麼快，不過許多業者已積極投身研發，並透過結盟方式，力求強化產業鏈合作、加快技術突破、制定出發展標準。
綜觀國內業者在矽光子進展， HiSPA聯盟會長、台科大講座教授李三良指出，目前可看到晶圓代工及封測龍頭的台積電、日月光，其他還有光通訊廠商如上詮、波若威等起步較早，在IC設計，則涵蓋PIC與EIC（電子積體電路）設計及整合，以及一些量測設備業者等都積極投入研發。
面對國外群雄並起，台灣政府也日漸看重矽光子發展，例如產業政策「晶創計畫」亦將其作為重點之一。 李三良指出，發展矽光子要兼顧PIC與EIC的設計封裝需求，對於擅長IC製造及封裝的台灣廠商來說，是我們的優勢，在台灣有良好的半導體產業基礎的加持下，未來發展前景看好，HiSPA聯盟也有信心，台灣矽光子產業發展也會更加茁壯。