人工智慧(AI)是促進矽光子(silicon photonics)技術普及的殺手級應用嗎？鑒於AI在過去幾年來的爆炸式成長，持續推動對於高速互連、更高頻寬以及隨之而來的乙太網路(Ethernet)光收發器等需求，許多人可能會對此表示認同。

這正是今年於美國加州聖地牙哥舉行的光纖通訊展(Optical Fiber Communications，OFC)中，在一場產業座談會中拋出的問題。這場座談會由法商Soitec、法國資訊技術電子研究所(CEA-Leti)和輝達(Nvidia)共同舉辦，《EE Times》作為獨家媒體合作夥伴並主持了會中的一場座談會。在OFC 2024大會期間，來自LightCounting、捷普科技(Jabil)、台積電(TSMC)、Google和Nvidia的業界專家們介紹了矽光子技術如何為雲端資料中心、企業和電信網路等應用提供基於AI的大量資料傳輸和處理需求等案例。

根據LightCounting的資料，在AI的推動下，全球乙太網路收發器市場在短短兩年內倍增，並預計今年和2025年的銷售量都將成長一倍。光學可望在未來發揮關鍵作用，但光連接的功耗需要再進一步降低。LightCounting創辦人兼執行長Vladimir Kozlov表示，到2023年，50GW的功率仍足以支援目前雲端資料中心的所有硬體，然而，到了2029年，這一數字需求將提高到150GW以上。
Kozlov說：「光互連所消耗的電力將從現在的0.5%提高到1.5%。」

從OFC 2024大會的幾場專題演講中可以明顯看出，我們正處於矽光子技術的潛在轉捩點。然而，在擴展性、能效、封裝、生態系統、EDA和協力廠商IP等工具以及材料方面仍存在挑戰。

封裝和EDA尤其是會中討論的重點。

在封裝方面，Jabil產品管理和開發總監Giorgio Cazzaniga說，目前還需要一個具有大規模製造能力的光子封裝製造製程。他說，由於現有原型設計的試產線尚可用，矽光子技術的入門成本目前還很低。

但是，Cazzaniga問道：「如果需要一個解決方案來生產成千或上百萬個元件，才能滿足AI在數量方面的要求時，那又會發生什麼情況呢？」

他並指出矽光子封裝製程和小晶片(chiplet)之間存在的共通性。

Cazzaniga說：「小晶片架構提出了一種在同一個中介層上整合不同晶片的可能性，這些晶片採用專門針對記憶體、運算、加速等不同任務而設計的技術。小晶片就像是矽光子晶片(PIC)，可以與其他晶片整合在相同的基板上。從封裝的角度來看，小晶片架構需要一些步驟(如覆晶晶片、接合等)，這些步驟也是光子封裝活動所需要的。然而，光子晶片還需要特定的步驟，如光纖配件(fiber attachment)等。」

大多數的演講嘉賓都強調了光纖配件在可靠性和擴展性方面的挑戰。不過，Cazzaniga 認為，光子封裝需要從「手動製作」(handmage)進展至全自動流程，以因應來自AI的龐大需求。

他說：「這需要針對自動化進行投資——有些投資可以與小晶片封裝共用，以縮短整體生產時間，最終盡可能地降低成本。」

在這方面，業界專家們普遍強調，為了讓AI成為殺手級應用，矽光子技術必須在部署方面確實可行、具有成本效益、可靠(或至少具有可預測的可靠性)、可服務以及可擴展。
來自現場聽眾提出的一個關鍵問題涉及EDA工具方面的挑戰：目前還無法預測正確的首次設計(first-time design)。光子學領域缺乏類似SPICE的工具，即讓所有工具都能支援的標準建模套件，例如一款標準的調變器模型，可用於插入參數中，從而有助於在設計的第一時間正確預測設計的結果。

然後，你還需要能夠在模型中插入可變性，以預測你的裝置將會發生什麼變化。最後，您不僅需要將數位孿生(digital twin)用於元件，也需要導入環境應用，這樣才能確保設計的所有元素都能協工作。

那麼，矽光子技術廣泛被採用的爆發點可能會是什麼？大多數的業界專家們一致認為，關鍵在於矽光子技術的整合規模。他們表示，最好能盡可能地實現封裝標準化，並且像發展電子產品一樣進一步發展完善的光學生態系統。此外，解決功耗問題也很重要。

最後，專家們並總結道，業界大廠或大客戶的決策將真正成為AI在矽光子技術的關鍵驅動力。