在台積電30周年論壇中,推動全球10兆半導體市場成長的「摩爾效應」,到底還有幾年的壽命?一直是各界關注及討論的焦點,全球重要設備廠艾斯摩爾 (ASML)執行長Peter Wennink認為,未來15年沒問題,但台積電董事長張忠謀認為8年之後,就可能受到挑戰。

過去50年間,摩爾定律幾乎準確預言半導體產業的發展,積體電路上電晶體的數目,約每隔24個月,就會增加一倍。然而,隨著電晶體快速進步,摩爾定律即將邁入極限,但未來,會是那種技術取代矽半導體?光子晶片也許是候選人之一。

以技術上來說,光子以光速移動,非常適合在玻璃光纖裡傳輸巨量的數據。而且用光來傳輸還有另一個優勢,也就是它能在同一條玻璃光纖裡,用數十個不同的波長,同時傳輸不同的訊號,而之間不會互相干擾,而這也正是電子傳輸面臨的問題。

數據中心早就開始用玻璃光纖來傳輸數據;而隨著數據量提高,光子元件也開始被整合在晶片裡。

光子晶片的先趨廠商SMART Photonics公司的技術長Luc Augustin曾表示,網路持續成長、雲端數據量不斷攀升,要提高數據傳輸率,就必須要靠可以讓光通過的平行通道,更多平行通道,就表示有更多光源(雷射);而唯一的解決方法,就是把元件整合成晶片。

簡單的說,光子晶片就是一片內部有各種精細結構的半導體材料,透過它的結構,來控制穿透晶片的光,把光分離、彎曲,並分散成不同的波長。它的運作元件,是在長寬只有數釐米、材質通常是磷化銦的晶片上。

不過,磷化銦跟其它化合物半導體一樣,材質脆弱,不僅在製造上良率比矽材料低,封裝程序比一般電子晶片更複雜。

不過一些半導體設備公司已經開始著手研發光子晶片的各項設備。艾斯摩爾 (ASML)就與SMART Photonics合作,依照現行半導體設備機台改良,但SMART Photonics目前技術,多以三吋晶圓片為主,幾乎比艾斯摩爾提供的機台都小,也因為光子晶片量產效率還不用像矽晶圓一樣這麼高,因此雙方合作之後,仍有不少困難待克服。