Page 12 - 異質整合當道 材料接合應力強度備受矚目

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SPOTLIGHT
然而在大數據時代，資料中心與終 端使用者對更高傳輸速度與頻寬 的需求，讓現有架構在功能密度、 功耗、散熱管理等方面都遭遇瓶 頸，難以支援邁向Tb/s等級的傳輸 量。為此，能讓光學元件更靠近網 路交換機ASIC的共同封裝光學元 件(co-packaged optics，CPO)解 決方案應運而生。
光-電異質整合解決方案在精密感測 裝置──例如可實現全自動駕駛車 輛的光達(LiDAR)──以及仿生物 視覺、神經網路、量子電腦等尖端未 來科技應用上，都能發揮其優勢;然 而在設計實作上，要把光學元件與 電子元件整合於單一封裝，仍有許 多技術難題需要克服。
如專精工程模擬軟體的Ansys 電子和半導體事業部副總裁暨總經 理John Lee所言，光學傳輸速度相 當快，在設計上的要求也很高，除 了光學元件設計需要精準對位，矽 光子與電子元件之間的溝通特別 需要考量電磁效應與訊號完整性 問題;此外，矽光子對溫度相當敏 感，電子元件的發熱會影響矽光子 元件的性能，因此設計時的熱分 析、散熱管理策略十分重要。這意 味光-電整合設計不僅需要跨領域 專業知識的協作，也更需要能提供 有力支援的工具平台。
設計平台。John Lee並強調，與晶 圓廠的合作與取得製程認證也相 當重要，Ansys不久前才宣佈其多 物理場解決方案獲得台積電認證， 在光-電整合元件設計方面也將積 極與相關晶圓代工業者合作。
關於CPO技術，在本期雜誌由 新思科技(Synopsys)供稿的另一篇 文章(「資料中心高速傳輸需求推 動CPO技術熱潮」)中有更詳細的 說明;簡而言之，該新興解決方案為 網路通訊基礎設施以及高性能運算 應用，提供單一封裝的光學I/O，目 標是免除傳統可插拔光學模組中 的電-光轉換程序、降低損耗，以提 升頻寬並帶來更高的能源使用效 益，同時也能為通訊/資料中心業 者節省三成以上的電力與資料傳輸 單位成本。
光-電整合設計的挑戰才剛 起步
EDA供應商Cadence應用工程 處處長李宗穎則表示，光學與電子 元件是兩套完全不同的製程技術， 目前的矽光子IC雖然採用絕緣上覆 矽(SOI)製程為基礎，能與電子元件 有更好的整合，但在架構上還是稍 有不同;因此對於工程師來說，要 將光學與電子結合於設計中，會需 要熟悉全新的製程。而光學元件 與電子元件雖然在模擬、佈局與實 作等設計流程上很類似，但以往是 分別在完全不同的工具平台上進 行，必須能讓兩個使用不同語言的 世界能溝通並合而為一，才能實現 成功的光-電整合元件。
根據市場研究機構Yole Intelligence預測，在2020年營收 規模約600萬美元的CPO市場，可 望在2032年成長至22億美元，期 間複合平均年成長率(CAGR)達到 65%。矽光子(siliconphotonics)以 及衍生的光子積體電路(photonic integrated circuits，PICs)技術亦 在其間扮演了推波助瀾的角色;已 經逐漸邁向成熟商用化的矽光子 技術，能與同樣採用矽基板的電子 電路實現更高整合度，並讓CPO成 本能與目前400G網路使用的可插 拔光學模組競爭。
一直持續擴展在多物理領域 技術實力的Ansys，對光-電整合 設計除了能以3D電磁模擬工具 HFSS提供訊號完整性的支援，亦 有針對矽光子設計開發的模擬軟體 Lumerical，以及可提供系統熱分 析與散熱管理解決方案的Icepak， 能從各方面協助工程師克服挑戰。
針對光-電整合設 計，Cadence是在其Virtuoso 客製化設計平台上，建構整 合性電子/矽光子設計自動化 (electronic/photonic design automation，EPDA)環境。李宗 穎指出，目前大多數的光-電整合設 計，是從電子設計為出發、加入光 學來提升附加價值，而Virtuoso是 對電子工程師來說較熟悉的平台， 因此Cadence致力於原本在其他獨 立平台上進行的光學元件設計元素 導入，以更有效率進行完整的光-電 整合電路模擬、驗證與佈局。
不只是光纖通訊/資料中心， www.eettaiwan.com | 2022年8月
看好光學在醫療、車用、航 太、虛擬實境等領域的成像與感 測應用，Ansys還有SPEOS光學模 擬軟體與近期收購的Zemax光學
李宗穎表示，Cadence已經與 包括GlobalFoundries、Tower等