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2022.11.17 05:58 臺北時間

【半導體新戰場】遭美國封殺半導體 矽光子成中國晶片救命符?

資料中心將是矽光子應用的主戰場,兩岸半導體業者未來將再度狹路相逢。
資料中心將是矽光子應用的主戰場,兩岸半導體業者未來將再度狹路相逢。
美國全面封殺中國半導體產業,刀刀見骨,今年10月禁令一出,中國半導體設計、製造量能都被美方重創,不但先進晶片、半導體設備進不了中國,連美國公民未經許可,也不得協助中國研發或製造先進晶片,充滿肅殺氣氛。
矽光子 小辭典
「中國投入矽光子研究已經很久了,而且投入的資源滿多的,在西安、上海等地都已形成矽光產業聚落,比台灣更早跨入這一塊研究領域。」中山大學光電工程學系教授洪勇智直言。
他投入矽光子研究多年,發表逾200篇的國際期刊與研討會論文,並獲得11件專利核准,洪勇智分析,美國禁令大多為限制EDA(電子設計自動化)工具和先進製程,對矽光子影響不大。而中國看準矽光子與微電子電路本質上的差異與優勢,認為將來市場會越來越大,在沒有美國箝制的情況下有機會成功,所以投入許多資源。
矽光子究竟是什麼呢?洪勇智解釋,矽光子是一個光與電整合的平台,可沿用既有晶圓廠的成熟製程與半導體機台,大量且便宜地製造出複雜的光電積體電路單晶片,被製程落後國際水平的中國半導體業者,視為反撲、超車的契機。
矽光子可沿用成熟製程與機台設備,製造出複雜的光積體電路,被中國半導體視為反撲的祕密武器。(翻攝電子工程專輯)
洪勇智舉例,資料處理中心的光收發器模組,過去要用人力將一個一個不同的零件組(如雷射、檢光器、分波多工器等)組裝在一起,很吃人力成本;反觀矽光子則直接將所需的光電元件整合在單一矽晶片中,不但可大幅降低組裝成本,良率也高出許多。
根據產業研究機構Yole預測,2021年矽光子晶片產值約1.51億美元,2027年將成長至9.72億美元,年均複合成長率(CAGR)近36%,其應用範圍涵蓋5G、資料中心、生物感測、量子電腦或消費性醫療等領域。
洪勇智談到,2008年是矽光子起飛期,主因在於矽光子的光源與半導體技術成熟。當時半導體技術已來到22奈米以下,大多的廠商不是用最新、就是用舊的製程,導致中間節點的40-90奈米產能利用率不高,矽光子的出現恰好彌補產能空缺。
也因矽光子的製造特性,讓成熟製程得以翻身再利用,最值得一提的就是,2009年從超微(AMD)製造部門獨立出來的格羅方德(GF),當時宣布放棄追逐七奈米以下製程後,掀起業界譁然。
當所有人都認為格羅方德會開始走下坡的時候,其實早在2014年,格羅方德收購IBM全球商業半導體業務,就已悄然地進入到矽光子領域,希望藉此讓其在晶圓製程大戰落後的腳步中,殺出重圍、開起新大陸。
矽光子晶片應用遍地開花
「相比於全球前三大的晶圓代工廠(台積電、聯電、三星),格羅方德是最早投入矽光子,憑藉的就是IBM的技術基底,許多廠商的產線都找它,特別是中小型企業」,洪勇智一語道出他的觀察。
反觀中國半導體產業,洪勇智認為,「中國絕對有能力做出矽光子,只是現在製造端只能依賴中芯」。他提到,即便矽光子在製程技術沒有太大難度,仍算新研發技術,需同時考慮到光、電的特性,不像以往只需注意電阻電容值,現在也要考慮光的吸收狀況,設計思維完全不同。
洪勇智進一步分析,現在中國矽光子產業發展大多以IC設計為主,製造力較薄弱,加上受到美國禁令影響,晶圓廠都很怕受到制裁,特別是EDA工具和材料都掌握在美、日2國手中,單純就製造端來說,現階段的確有些卡關的疑慮。
中國半導體若要擺脫美國禁令限制,發展矽光子仍比七奈米、三奈米容易得多。(翻攝中芯國際官網)
即便如此,洪勇智預言:「中國若要擺脫禁令限制,矽光子仍比七奈米、三奈米容易得多,因為他們武器(設備)都有了,不難打仗。」他更透露,德國和中國關係不錯,且德國也有一些矽光子能力,即使是小晶圓廠也能協助中國打造矽光子晶片。
值得注意的是,10年前,華為就悄悄併購英國CIP Technologies和比利時Caliopa 2家矽光子公司,不動聲色地醞釀實力。「美國對中國的禁令管制,潛在的破口會是歐洲。」工研院產科國際所研究總監楊瑞臨一語道出他的觀察。
更新時間|2023.09.12 20:44 臺北時間

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