矽光子技術能解決現有資料傳輸的訊號、熱量損耗等痛點，隨著傳輸數據量成長快速增加，矽光子技術也被不斷推進。除此之外矽光子具有小尺寸、低成本、低功耗等優勢，也能應用在多個領域，如：5G、Data Center、光達和保健醫療。 不過，矽光子技術發展會一路順遂嗎？還是有什麼尚未突破的困境嗎？一起來看看Collaborator的Junior們：魏晨洋、歐陽昱弘、賴志銘、楊旻璇、杜沛蓉，詳細整理的矽光子新趨勢報告吧！

1. 新趨勢：矽光子
2022/10/29
台大商研碩二 魏晨洋、台大國企碩二 歐陽昱弘、台大經濟四 賴志銘、政大企管四 楊旻璇、台大財金三 杜沛蓉
1

2. 資料來源 :
結論
2
自行整理
• 矽光子技術能解決現有資料傳輸的訊號、熱量損耗等痛點，隨著傳輸數據量成長快速增加，矽光子
技術也被不斷推進。
• 矽光子具有小尺寸、低成本、低功耗等優勢，未來若解決雷射器單片集成，有望解決矽光子痛點。
現在仍為初期研發階段，研發成本短時間仍太高，未來待技術突破，有望大幅下降成本。
• 應用面
• 5G：透過高頻光纖-無線通訊的光電轉換能解決毫米波傳輸易受阻擋問題，並且使用矽材料傳
輸不管在傳輸距離、功耗與成本上皆有顯著優化。
• Data Center：由於傳輸速度的限制，未來光學封裝模組會取代現今的可插拔式光學元件。
• 光達：目前多數企業仍使用 Pulse 測距技術，然而 FMCW 在未來具有發展潛力。
• 保健醫療：在醫學檢測方面，矽光子可降低相關成本、整合臨床影像辨識，提高醫療資源的可
近性。

3. Agenda
• 矽光子簡介與發展現況
• 矽光子技術與未來趨勢
• 矽光子應用
• Data Center
• 車用光達
• 5G 通訊
• 保健醫療
3

4. 矽光子技術
1
4

5. 矽光子簡介與發展現況
1.1
5

6. 資料來源 :
發展歷史
6
Passive Silicon Photonic Devices
Richard Soref 教授首次提
出矽光子積體電路及光電
元件單片集成的概念。
奈米加工技術在微電子領域持續發展，
製程線寬在 2000 年代初達到 100 nm 。
1985 2000
1993
Soref 提出矽光子晶片概念圖
自2000年代中期出現矽光子研究
熱潮，包括Intel、IBM、Luxtera
等公司皆開始投入研究
2005

7. 資料來源 :
產業鏈
7
產業價值鏈資訊平台
上游 中游 下游
• 需使用專用
EDA 工具進行
設計（矽光設計
工具 PDA）
• 代表廠商：
Intel、Luxtera 、
HPE、Mellanox
矽光子晶片設計
• 矽光子晶片多採 SOI 技
術進行製作。
• 代表廠商：
GlobalFoundries、
IMEC、台積電
• 台積電與Luxtera合作使
用7奈米製程生產矽光子
晶片 ，同時也與日月光
合作先進封裝，希望打
入矽光子市場
IC製造
• IC 封裝:將加工完的晶圓以特定材料
包覆， 使晶粒免受汙染且易於裝配，
並達成晶片與電子系統的電性連接與
散熱效果。
• IC 測試: 透過晶圓測試及 IC 成品確
保 IC 功能、 電性與散熱。
• 代表廠商：日月光
IC封裝、測試

8. 資料來源 :
• 矽光子 (Silicon Photonics) 是指利用 CMOS 半導體製程技術在矽基板上製作光電整合迴路，將「電
訊號」改為「光訊號」來傳遞的技術。透過把電、光通訊元件整合在矽基晶片中，以達成提高傳輸距
離、增加資料頻寬與降低單位能耗三項目的。
• 光本身無電荷及質量，同一通道內訊號也不相互干擾，損耗、熱量生成低；而一般光通訊常用之紅外
波段為 C 波段，波長範圍約為 1,530~1,565nm，對於矽元素為穿透波段，因此得以傳遞光訊號，能
摻雜鍺 (Ge) 等特定材料，進而由穿透轉為吸收作為接收器使用，拓展材料的使用靈活度。
將電訊號改為光訊號傳遞 有效提高傳輸距離
8
自行整理
圖1.1-1 矽光子晶片示意圖

9. 資料來源 :
• 矽材料本身無法有效發光，必須依賴外加雷射光源或異質整合之發光層，才能產生傳輸所需的雷射光。
但除了光源之外，目前矽光子技術已開發技術所需相對應的元件，包含分光、耦合、濾光、調變等。
• 矽光子元件通常採用絕緣層上覆矽 (SOI) 技術進行製作，因紅外波長能直接穿透，為讓光不滲漏，需
要氧化矽當阻隔，SOI 技術的高折射率差異能增強光場傳播的局限性，進而降低傳播損耗並有效提升
整體的傳播效率，有助發展微小尺寸而又結構複雜的光路系統。
元件已開發完整 氧化矽技術能降低傳播損耗
9
圖1.1-2 SOI 結構圖 圖1.1-3 矽光子晶圓剖面示意圖
自行整理

10. 資料來源 :
• 光波導元件：引導光波傳播的元件，可傳遞光訊號，大部分矽光子元件設計都會搭配光波導。由於元件
製程使波導側壁粗糙，導致光場散射產生損耗，早期高達 15 dB/cm，隨著 SOI 引入與製程、設計改進，
損耗已可控制 1 dB/cm。
• 調變器：欲提升傳輸速率，光調變器在矽光子晶片中扮演重要角色，可以藉由外加電訊號去調變光訊號。
方法像是打開開關，在需要調變光訊號狀態時便可打開，輸入電訊號 。
光波導元件與調變器為矽光子晶片內部重要元件
10
國家研究院國家晶片系統設計中心
元件分類 晶片內部元件
被動
光波導、方向耦合器、
馬赫─倫德爾干涉儀、環型共振腔、
Optical I/O（包含光柵耦合器和邊緣
耦合器）
主動 調變器、光檢測器、雷射
電子元件 轉阻放大器、ASIC、驅動IC
表1.1-1 矽光子晶片內元件分類 圖1.1-4 矽光子晶片光波導、調變器元件圖示

11. 資料來源 :
• 隨著雲端運算、IoT、AI 等領域逐漸發展，數據使用量正高速成長，據 IDC 統計，全球資料量在將從
2021 年的64.2 ZB成長至2025 年的 181 ZB。電腦運算速度之要求為處理大量數據而不斷提升，晶片
間的通訊則是決定運算速度的關鍵。
• 現今的電腦元件大多利用銅線或電路板上的線路連結，銅導線在傳送資料時有訊號損耗和熱量產生的
問題，使用矽光子技術把光學元件整合於奈米等級的積體化晶片上，用光波導的傳導取代銅等金屬線
能有效解決問題。
運算及傳輸速度要求提升 矽光子技術能解決現存痛點
11
IDC
• 同時隨著傳輸數據量成長增加，傳統光收
發模組之傳輸速率無法滿足需求，需利用
高階訊號調變技術傳輸，而這些技術皆需
要利用矽光子開發之元件來達成。
圖1.1-5 全球每年被創造及複製之資料量 (單位:ZB)

12. 矽光子技術與未來趨勢
1.2
12

13. 資料來源 :
• 集成度高：矽光子技術具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利於提升晶元的集成度。此外，矽
基材料成本低且延展性好，也可以利用 CMOS 封裝技術製作光元件。
• 封裝成本下降潛力大：更緊密的集成方式可降低光模塊的封裝和製造成本。
• 波導傳輸性能優異：矽的禁頻寬度為 1.12eV，對應的光波長為 1.1μm。 因此，矽對於 1.1-1.6μm 的
通信波段（典型波長 1.31μm/1.55μm) 是透明的，具有優異的波導傳輸特性。
矽光子在集成度、封裝成本和傳導上均有優勢
13
基底材料 矽光子SOI 混合解決方案（Inp+SOI）
性能 優良 良好
拓展性 優秀 有限
CPO集成 兼容高 兼容低
邊際成本 較低 較高
表1.2-1 矽光子與混合解決方案之基底材料
新通訊、Ai芯天下

14. 資料來源 :
• 初期開發成本高：矽光產品具備相對高昂的成本問題，大量光學器件需要採用各種材料，在缺乏大規
模需求的情況下，矽光產品成為一種「高價、低性價比」的產品。
• 缺少標準化方案：矽光產品需要專用 EDA 工具 (矽光設計工具 PDA) 進行設計，而且矽光晶元的設計
方面面臨著架構不完善、體積和性能平衡等難題。
• 光子集成 (Photonic Integrated Circuit , PIC) 的技術仍處在混合集成階段，未踏入單片集成階段。
• 目前有三種方案，1.覆晶技術 (Flip-chip) 2.晶圓鍵合 (Wafer/Die bonding) 3.直接磊晶覆晶技術。前
兩者屬於混合集成，後者屬於單片集成。
矽光子初期缺少模組化，研發成本高
14
現有矽光子方案
Flip-chip方案
：Luxtera
優點：節省光調節的時間，並且提高可靠性，利於
大規模生產。
缺點：對貼裝的精度要求比較高，時間成本較大。
Wafer/Die bonding：
Intel
優點：省去對準調節的時間，且具高效率光藕合。
缺點：需要多年的投入與技術積累。
表1.2-2 現有矽光子法案 圖1.2-1 混合集成與單片集成材料
EETimes、華西證券、自行整理

15. 資料來源 :
• 減少分立元件，提高晶元集成度是矽光子降低成本的核心問題。
• 矽光產品目前已經實現了將大多數器件集成到晶元上，但如何集成雷射器依然是一大難題，也是制約
成本降低的一大因素。 由於矽本身為間接帶隙材料無法直接發光，作為光源，發光效率低。 因此矽
基光源實現難度大，應用受限。
• 目前主流公司採用 InP 為大功率雷射器，集成到矽晶片上的方案來彌補這一不足。 但外部光源方案
較矽基光源方案需要額外耦合器件和較高難度的對準技術，提高了生產成本。 因此儘管目前已有商
用化混合集成方案，但依然存在著降成本空間。
雷射器單片集成為未來趨勢
15
PCB
調節器 Siph 嵌
板
外置
雷射光
PCB
調節器 Siph
混合集成
雷射光
PCB
調節器
Siph
+雷射光
單片集成
嵌
板
嵌
板
圖1.2-2 各集成剖面圖
科技產業資訊室、自行整理、華西證券

16. 資料來源 :
• 混合集成是將有主動元件（雷射器，探測器等）集成到具有光路連接或者其他無源功能（分合波器等）
的基板上（平面光波導，矽光等）。優勢為無源光波導與有源元件之間自由的結合。 混合集成技術
可將光元件做得很緊湊，順應光模組小型化趨勢，方便用成熟自動化 IC 封裝技術，有利於大量生產。
• 單片集成是將不同元器件集成在同一基底上的一體化技術，實現起來有較大技術難度，但具有結構緊
湊、尺寸小、功耗低、可靠性強等優勢，是 PIC 的發展方向。
單片集成較混合集成優，但技術仍未到位
16
混合集成 單片集成
集成不同材料難度 簡單 困難
藕合損耗 損耗高 損耗低
可靠性 可靠性高 可靠性低
封裝難度 難度低 難度高
尺寸 大尺寸 小尺寸
功耗 高功耗 低功耗
表1.2-3 混合集成 v.s. 單片集成
電子工程專輯、自行整理

17. 資料來源 :
• 光纖耦合效率低：Si 波導尺寸僅有幾百納米，與單模光纖 9um 的芯徑嚴重不符，直接耦合損耗過大。
耦合目前主要有光柵耦合和端面耦合兩種方式。整體來看，光纖耦合技術依然有很大突破的空間，依
然存在高密度多通道耦合 、通道間不一致、高效自動化耦合問題。
• 散熱裝置成本高：內部產生的熱量大部分則是通過傳導的方式散熱，模組熱量向上傳遞至封裝外殼，
向下傳遞至主機板，現在仍然需要大量成本用於散熱設計。 尤其矽光晶元溫度敏感性強，對相關模
擬設計、結構優化，功耗控制提出新要求。
光纖耦合、散熱效率不佳
17
圖1.2-3矽光模組散熱示意圖
科技大觀園、華西證券、自行整理

18. 資料來源 :
矽光方案的不足
1.晶片良率低，成本優勢不明顯：矽光集成的技術尚未成熟，在鐳射耦合等步驟上的良率較低，導致矽光
模組成本難以進一步提升。
2.矽波導與光纖的耦合效率低，性能優勢不明顯
3.設計流程分立，模擬驗證效率不高：目前矽光設計缺少標準模型、必要的驗證手段、軟體功能單一且缺
少交互、無自動化設計。
4.雷射器光源本身依賴混合集成：技術要求高，放大設備成本和降低生產良率，為生產附加大量額外成本。
綜上，整體來看矽光技術尚有雷射器、封裝手段等制約成本的關鍵要素仍待解決，根據矽光行業技術發
展過程，關鍵技術的突破仍需時間；從長遠來看，傳統光模組技術逼近速度極限，而矽光方案依然具備
相當的潛力空間。
性能效益潛力大，但尚無法規模化生產
18
自行整理

19. 矽光子應用
2
19

20. 矽光子於 Data Center 之應用
2.1
20

21. 資料來源 :
• 2019 年矽光子市場僅 8,700 萬美元，由於近年矽光子技術有突破性成長，因此預計在 2026 年市場
規模將達到近 11 億美元，相當於 CAGR 49%。
• 矽光子技術目前主要運用於資料中心的可插拔光學元件 (Pluggable Optics)，未來將會擴大使用領域
至車用光達、光纖陀螺儀、生物醫療檢測，而目前矽光子晶片的市場由資料中心收發器主導，2021
年產值達 1.48 億美金。
矽光子晶片之應用廣泛 預計至 2026 年 CAGR 達 49%
21
Yole
圖2.1-2 矽光子晶片終端應用市場大小變化（單位：百萬美元）
圖2.1-1 矽光子晶片市場大小變化（單位：百萬美元）

22. 資料來源 : 22
Intel、Cisco
• 近年來因為通訊技術的升級，資料流量需求龐大，Data center 的網路佈建也快速升級，由於銅材料
所能提供的頻寬已達到物理極限，因此光纖以太網與矽光子技術正被加速運用於 Data center。
• 矽光子元件光纖收發器是目前 Intel 與 Cisco 提供 Data center 的解決方法，該產品能幫助光信號快
速地轉換為電子信號，進而增加了資料傳輸速率以及拉長可傳輸距離。
目前矽光在 Data center 的應用為光纖收發器
圖2.1-3 Intel 矽光子元件光纖收發器 圖2.1-4 收發器運作機制
Fiber
array
Coupling
interface
Modulator Equalization
Clock Data
recovery
Input
Driver
Pre-
emphasis
Clock Data
recovery
Output
driver
LA
TIA
Transmitter
Receiver
Micro
Controller
Laser
Control
Light
Source
Photodiode
Electronics
Photonics

23. 資料來源 : 23
Intel、Cisco
• 隨著聯合封裝光學模組 (Co-Packed Optics) 的推出與量產，預計 Pluggable Optics 會逐漸被取代，
進而增加能源效率、降低連接產生的耗損，以及降低資料中心的成本。
隨著 Co-Packed Optics 的發展，收發器將逐漸被取代
圖2.1-5 矽光子發展進程
圖2.1-6 從 pluggable optical module 到 co-packaged optics
SWITCH
ASIC
SWITCH
ASIC
Photonics
Transceiver
Switch
Die
Switch package
Switch
Die
Switch package
Switch
Die
Switch package
Optics
Switch
Die
Switch package
Optics
Co-Packed optics
Chip to nearby optics
Back or Passive copper cable

24. 資料來源 : 24
Co-Packed Optics 開發者眾多，多數企業集中於美國
YOLE Development
Merchant silicon
vendors
Equipment
vendors
DC operators
(End users)
Traditional optics
vendors
Optical interconnect
Suppliers with SiPh
CPO promoters

25. 資料來源 : 25
YOLE Development
• Pluggable Optics 的優勢在於其技術相對成熟因此供應商多，也不需要高昂的建置成本，因此可根
據 Data Center 的規模而定。缺點則是模組速度很難突破 3.2T，未來可能被替換。
• Co-Packed Optics 的優勢在於其具有相對更低的功耗、系統性能也較好，但目前還在研究階段，因
此還需經過概念驗證以及系統測試，市場預期 2028 年可進行全面部署。
Pluggable Optics 的速度限制將使其未來遭替換
圖2.1-7 PO 與 CPO 發展進程
2014 2016 2018 2021 2025e 2027e 2030e
2023e
Module speed: 100G 400G 800G 1.6T 3.2T 6.4T
Pluggable Optics
Co-Packed Optics
?
2028全面部署

26. 資料來源 : 26
YOLE Development
• Co-Packed Optics 在 2020 年市場規模僅六百萬美元，預估在 2032 年將增長至 22 億美元，CAGR
57.5%，是 Data Center 會使用到的光學產品類別中最高的。
• 6.4T 市場規模預估將在 2029 年開始出現 (5 億美元)，並市場規模將隨著需求的急遽增加而隨之擴大，
預估至 2032 年市場規模將達到 92 億美元。反之，1.6T 將會逐漸式微。
隨著數據傳輸量的增長，1.6T 產品也將逐漸被替換
圖2.1-9 各 Module Speed 市場規模預估 (億美元)
CAGR 11%
CAGR 19%
CAGR 10%
0.17 0.33 0.50 1.00 1.51
2.51 4.18 4.35 4.85 3.51
2.84
1.00
0.67
2.17
3.85
6.36
10.20
14.72
17.90
0.50
2.01
3.85
9.20
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
2021 2022 2023 2024e 2025e 2026e 2027e 2028e 2029e 2030e 2031e 2032e
1.6T 3.2T 6.4T
0.006
0.3
2.2
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
圖2.1-8 CPO 市場規模預估 (十億美元)

27. 矽光子於光達 (LiDAR) 之應用
2.2
27

28. 資料來源 : 28
Intel、Mobileye
• 光達 (LiDAR) 是一種光學遙感技術，透過發出雷射能量源撞擊物體，並接收物體反射的能量將光訊號
轉換為電訊號，並透過車用電腦計算、繪製 3D Map。
• Intel 預計於 2025 年量產子公司 Mobileye 設計出的全新 SoC，即為 FMCW (Frequency-
Modulated Continuous Wave) 調頻連續波矽光子處理器，大幅降低光達體積。
• 2021 年 9 月，以色列半導體公司 Tower Semiconductor (已於 2022 年 2 月被 Intel 以 54 億美元收
購) 宣布通過開發光達 IC 技術，在 ADAS 的光達技術方面有顯著突破。
矽光技術在光達上的應用逐漸成熟
圖2.2-1 Mobileye FMCW 矽光子處理器 圖2.2-2 歷代光達產品
2008 2013 2018 year
price
100k
10k
100
10
1k
Solid-state LiDAR
PIC-based LiDAR

29. 資料來源 : 29
Grand View Research、Global Market Insights
• 2021 年全球光達市場規模為 18.1 億美元，預計其 2022 年至 2030 年將以 9.8% 的 CAGR 增長。
• 在 2021 年 corridor mapping 佔全體光達市場收入的 38.1%，而 ADAS 僅 7%。由於 LiDAR 近年來
在車輛駕駛安全應用中的應用劇增，因此 ADAS 預測的 CAGR 最高，為 13.9%。
• 光達市場規模與成長趨勢大致與電動車市場相符，主要市場皆集中於北美、歐洲與亞洲，預期到
2030 年全球市場總合將達到約 140 億美元。
ADAS 在光達市場最具成長潛力，CAGR 13.9%
圖2.2-3 全球 LiDAR 各產品市場規模 圖2.2-4 各地區光達市場規模 (億美元)
38%
22%
11%
11%
7%
11%
corridor mapping
engineering
environment
exploration
ADAS
others
9.87 12.07 14.81 19.75 24.13 31.26
38.94
51.56
8.23 9.32
12.07
14.26
18.65
23.58
31.81
41.14
4.94
7.13
9.87
12.62
17.55
23.58
31.26
41.68
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
160.00
2021 2022 2023e 2024e 2025e 2026e 2027e 2028e 2029e 2030e
North America Europe Asia Others

30. 資料來源 : 30
Digitimes、鈦思科技
• 飛時測距是一種脈衝式 (Pulse) 測距技術，利用雷射主動照射物體，再使用雷射感測器捕捉反射光，
接著計算光線往返飛行的時間來測量兩點間的距離，即可使用成像技術繪出環境。
• 調頻連續播雷達 (FMCW) 是一種連續波測距技術，測量法方式使用不斷發出漸增密度的信號，透過
計算光線往返之間的相移來繪製環境樣態，在光訊號轉為電訊號的過程即會使用到矽光子技術。
光達新技術「FMCW」將運用到矽光子技術
圖2.2-5 Pulse 測距技術運作原理 圖2.2-6 FMCW 測距技術運作原理
物
體
發射器
雷射
感測器
時序發生器
1. 16.67 ns
2. 33.33 ns
開始
停止
演算法 距離
1. 2.5 m
2. 5.0 m
Time
Frequency
Transmitted Signal Received Signal

31. 資料來源 : 31
YOLE Development
• 三至五年內測距技術依然是 Pulse 為市場主流，此測距法之波長通常為 905nm，其近期較受歡迎的
原因是零組件成本較低而且測距方法相對簡單，主要成像技術是 MEMS 與 Flash。
• 長期而言，波長為 1550 nm 的 FMCW 光達有機會逐漸取代 Pulse 光達，由於其掃描檢測靈敏度更
高且體積更小，然而目前技術尚未完整突破成本也相對高，因此要取代 Pulse 還需要一段時間。
FMCW 光達若突破成本限制則有機會取代 Pulse
圖2.2-7 光達 roadmap
2017 2019 2021 2023e 2025e 2030e
2024e
OPA LiDAR
905nm
MEMS & Flash LiDAR
FMCW LiDAR
Pulse LiDAR 1550nm
905nm

32. 資料來源 : 32
Flash
Optical-Phased
Array Not disclosed
Pulse
FMCW
Phase
shift
Mechanical MEMS
Grand View Research、Global Market Insights
目前廠商多做 Pulse，亦有廠商積極開發 FMCW
測
距
技
術
成像技術

33. 矽光子於 5G 通訊之應用
2.3
33

34. 資料來源 :
• 在 4G LTE 的年代，外部訊號可以直接進入室內，但進入到 5G 毫米波的時代其訊號會被牆壁擋住，
因此必須在建築物外裝設接收器，再將訊號送到每個房間內裝設的光載毫米波基地台送出訊號給裝置。
• 矽光子光載毫米波基地台可以將光纖內的光訊號轉換為電訊號，並送出訊號給各個場域的裝置。其優
點為價格低、體積小、功耗小，有機會整合到單一晶片後量產發售。
34
清華大學光電工程研究所
矽光在 5G 通訊技術的應用
圖2.3-1 5G 訊號轉換方式介紹 圖2.3-2 矽光子毫米波基地台晶片模組
Fiber Network
矽光子光載毫米波基地台

35. 資料來源 :
矽光子毫米波天線模組能有效解決室內傳輸限制
35
新通訊、自行整理
• 矽光子光載毫米波天線模組：利用整合矽光子晶片、CMOS 射頻晶片及相位陣列天線，以進行較複雜
的電訊號和光訊號處理，並大幅縮小模組體積，有利於室內大範圍佈置。
• 優點：該模組透過高頻光纖-無線通訊轉換能有效解決毫米波於室內傳輸受阻擋問題。同時，由於該
模組一同整合上述元件使其能達到低耗損、體積小且未來具備量產潛力。
圖2.3-3 矽光子光載毫米波天線模組架構 圖2.3-4 5G 網路發展多種連接方案

36. 資料來源 :
• 5G 無線通訊：如前頁所提到，透過將高速光纖-無線通訊轉換能有效解決毫米波容易於室內通訊受
到阻擋問題，並在體積大幅縮小下能有效提升安裝量。
• 多人互動式 AR/VR：由於 AR/VR 要求高傳輸速度低延遲特性，在解決室內通訊障礙下，毫米波成
為其傳輸首選。
矽光子毫米波天線模組應用於 5G 無線通訊與 AR/VR
36
知識力、新通訊、自行整理
圖2.3-5 室內室外毫米波中繼器或終端天線 圖2.3-6 多人互動式 AR/VR
矽光子光載毫米波天線

37. 資料來源 :
• 5G 佈建帶動傳輸速度：隨著 5G 基建覆蓋增加，前端傳輸從 10G 提升至 25G 甚至是 100G ，但是
傳輸速度的提升也帶來傳輸距離的限制，因此降低每 Bit 成本是首要挑戰。
• 通訊傳輸耗損與成本較低：在使用矽光子技術下，由於增益帶寬積優於三五族材料，在傳輸距離、
傳輸成本與傳輸功耗上皆有顯著優化。
矽光子在傳輸上耗損較小能有效降低成本
37
SiFotonics、自行整理
圖2.3-7 5G 網路的佈建帶動傳輸速度提升 圖2.3-8 使用矽材料傳輸較使用傳統三五族材料耗損降低

38. 矽光子於保健醫療產業之應用
2.4
38

39. 資料來源 :
• 至 2035 年，用於保健醫療領域的矽光子晶片市場預估可達 11 億美金；2025 年至 2030 年的 CAGR
將達到 16%。
• 由於光可以照射到組織和血管上，作為監測、檢測和量化生物標記，因此可在醫療檢測及遠端醫療等
領域發揮作用，如居家健檢、血氧監測、掃瞄和拍攝心臟圖等，實時監測患者生理資訊。
保健醫療領域之矽光子晶片 SAM 將達到 11 億美金
39
Rockley Photonics、Precedence Research、Yole
圖2.4-2矽光子晶片用於保健醫療服務可觸及市場規模
圖2.4-1 矽光子感測器運作示意圖

40. 資料來源 :
• 光子積體電路可將各種光子和電子功能整合到一個單一晶片中，以製造價格更低、速度更快、更節能
的醫療設備。患者不需去醫院進行非急性檢查，而是可以在家中進行檢查，使後續追蹤並相應地微調
治療變得更加容易，進而實現遠距醫療。
• Surfix Diagnostics 致力於開發光子生物感測器，可同時檢測多種生物標誌物，進行 PoC 診斷和治療
監測。
光子積體電路可應用於遠距醫療
40
Innovation Origins
圖2.4-3 Surfix Diagnostics 光子生物感測器 圖2.4-4光子生物感測器技術示意圖

41. 資料來源 :
• Rockley Photonics 致力於開發和生產光子模組，發展成消費類應用中表現良好的微型光學感測器。
只要有足夠血液灌注，這項技術可使用於身體任何地方。光散射後的深入分析可以密切監測水合、血
壓和血糖，進而針對疾病及早治療。
• 該技術可應用於智慧穿戴裝置及醫療設備的感測器陣列。
藉由矽光子技術，在穿戴裝置上完成醫療檢測
41
Precedence Research
圖2.4-5 Rockley Photonics 技術示意圖 圖2.4-6 可穿戴醫療裝置市場規模
18 23 28 35 44
55
69
86
108
135
170
0
50
100
150
200
USD
Billion

42. 資料來源 :
• 在單個晶片上創建一套光子電路，製造高吞吐、多感測「晶片實驗室」平台。該平台可檢測奈米級或
皮級的分析物。未來可發展出 DNA 傳感器以識別基因突變，將有助於找早期癌症的診斷。
• 基於矽光子技術之快速多模組醫學檢測研發與應用計畫：整合快速掃描雷射光源、窄線寬拉曼頻譜用
雷射光源、血液微流道之醫學檢測用晶片、晶圓鍵合等關鍵零組件及技術，應用於醫學檢測光學同調
斷層掃瞄 (OCT)，以 AI 判斷輔助分析量測到生醫影像與光學頻譜。
矽光子可精進臨床影像辨識，進而實現多模組醫學檢測
42
新通訊
圖2.4-7 矽光子晶片掃頻光源 圖2.4-8 各子計畫間的關聯圖示

43. 結論
3
43

44. 資料來源 :
結論
44
自行整理
• 矽光子技術能解決現有資料傳輸的訊號、熱量損耗等痛點，隨著傳輸數據量成長快速增加，矽光子
技術也被不斷推進。
• 矽光子具有小尺寸、低成本、低功耗等優勢，未來若解決雷射器單片集成，有望解決矽光子痛點。
現在仍為初期研發階段，研發成本短時間仍太高，未來待技術突破，有望大幅下降成本。
• 應用面
• 5G：透過高頻光纖-無線通訊的光電轉換能解決毫米波傳輸易受阻擋問題，並且使用矽材料傳
輸不管在傳輸距離、功耗與成本上皆有顯著優化。
• Data Center：由於傳輸速度的限制，未來光學封裝模組會取代現今的可插拔式光學元件。
• 光達：目前多數企業仍使用 Pulse 測距技術，然而 FMCW 在未來具有發展潛力。
• 保健醫療：在醫學檢測方面，矽光子可降低相關成本、整合臨床影像辨識，提高醫療資源的可
近性。