HHRI/AI技術的發展如何影響半導體的發展?專訪鴻海研究院半導體所郭浩中所長

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矽光子晶片新創公司Ayar Labs在2023年4月結束的最新一輪募資當中,再籌集了2500萬美元,甚至吸引輝達(NVIDIA)和創投公司Tyche Partners在這一輪中額外增加投資,這個消息也讓人對矽光子的未來發展充滿好奇與想像。

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根據市場研究機構Yole的預測,矽光子市場(以裸晶計算)規模將從2021年的1.52億美元,增長至2027年的9.27億美元。對於許多已進入發展高原期的領域,矽光子市場正處於起飛階段,其預估的年複合成長率達36%,吸引國內外廠商高度關注並積極布局相關技術。

隨著網際網路、3C產品等科技的發展,人們得以隨時享受數位資訊時代的便利生活,同時也帶來了天文數字級的數位資訊處理量。根據估計,全球產生的數位資料量預計在不久的將來超過44 ZB(10^21位元組),這是面臨摩爾定律極限的半導體積體電路晶片技術的嚴峻挑戰。同時,為了因應AI技術快速 發展,目前除了AI基礎設施的投資在加速成長中,運算需求同樣必須朝向更快、更節能的方向發展。

半導體是一種介於導體(如金屬)和絕緣體(如陶瓷)間的特殊材料。其特點在於其電導特性可透過添加雜質或進行特殊處理來調整。當中最為廣泛應用的材料就是矽(Si)。而半導體中最基本的元件為二極體,僅允許電流在一個方向流動,並且能夠進行電流控制。這些元件是現代電子設備的基石。然而,目前使用銅導線的這些元件,面臨著嚴重的訊號損耗和難以散熱的問題。

「而矽光子是一種集成的光路技術,將能夠傳導光的線路集中在矽平台上,」鴻海研究院半導體所長郭浩中解釋。也就是說,矽光子是在矽的基礎上,將晶片中的「電訊號」轉換成「光訊號」以實現電信號和光信號的傳輸。而這項技術不僅能提升光電傳輸速度,還解決上述所提及的訊號損耗和熱量問題。因此,台積電、英特爾等半導體領域的巨頭皆已投入相關技術研發。

郭浩中提到,矽光子技術的發展推動了高速、高帶寬的光通信,這在大數據傳輸和雲計算等領域中至關重要。尤其隨著人工智慧的快速發展,許多應用需要龐大的計算能力。因此,結合矽光子技術與專為人工智慧任務而設計的半導體加速器,如圖形處理器(GPU)和專用AI晶片(ASIC)的發展,在增進處理大數據集和複雜模型的效率格外令人期待其發展潛力。

台灣如何在半導體革新潮流中,開創新局?

另一方面,為了滿足車用電子、5G通訊和綠色能源等應用,以及對高功率、高射頻和高可靠性解決方案的需求,尤其以氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)為主的第三代半導體材料最受關注。​​郭浩中說,這些材料顯著地突破設備性能的極限,擁有更高的功率處理能力和頻率運行範圍;同時具備出色的熱特性和耐壓能力。

即將舉行的半導體盛會SEMICON Taiwan中,鴻海研究院再度攜手國際半導體產業協會(SEMI)舉辦(NExT Forum)主題論壇,並將以「EV Makes a Better Life – Communication, Sensing, Power」為主題,專注於探討化合物和車用半導體的技術趨勢與應用,更期待能藉此建立產學交流的平台,打造「More than Moore」新世代半導體應用路徑。

台灣過去憑藉其完善且高效的供應鏈以及世界領先的製造技術,在全球半導體產業中發揮引領作用。然而,隨著化合物半導體革新潮流的來臨,台灣必須善用自身的產業特色,以開創新的局面,引領這一領域的新興發展。這次論壇也將共同深入探析化合物和車用半導體的技術趨勢和應用,進一步強化台灣產業實力,並在下一代化合物半導體市場中鞏固地位。

除此之外,郭浩中特別提到,鴻海將在今年發射首顆低軌衛星,不僅意味其在造車領域的進一步發展,更象徵著「車聯網」的真正實現,將使電動車成為串聯海陸空通訊行動基地台的一部分。在萬物互聯的時代,連結不同世代的通訊技術,創造出無限可能。新世代通訊技術,包括5G、B5G甚至低軌衛星(LEO Satellite),將成為發展機器人和電動車的關鍵。

因此,研究院也會靈活運用B5G/6G的技術特點,發揮最大通訊能力,專注於智慧車聯網領域及相關技術,同時探索低軌衛星通訊技術及其垂直應用,建立一個將地面和空中聯繫在一起的3D行動通訊網絡。這項努力將不僅影響車聯網,還將對多個行業產生深遠影響,為未來的科技發展帶來新的前景。

而研究院在研究和開發方面則遵循中研院院士、鴻海研究院諮詢委員張懋中所提出的「Best Junction for the Function」原則,透過與產業界、學術界的合作共同開發車用關鍵零組件。合作夥伴包括鴻揚半導體和能創半導體等集團內的單位,以及國立陽明交通大學的教授團隊。期待藉由這種跨領域的合作加速技術創新,推動產業發展。

全文轉載自鴻海研究院TECH BLOG

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