光芯片封裝，大有可為

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Yole表示，光子封裝的核心在于模塊級組裝。它將各種組件集成在一起，形成完整的光學(xué)引擎，包括激光芯片、光纖陣列單元、硅光子芯片、棱鏡和光電二極管陣列。這種架構(gòu)常見于當(dāng)今的光收發(fā)器，而光收發(fā)器目前仍占據(jù)最大的市場份額。然而，這個市場正在發(fā)生變化。光收發(fā)器正從混合集成（即源芯片倒裝到硅光子器件上）轉(zhuǎn)向異構(gòu)集成（即芯片在鍵合后直接在硅光子芯片上進(jìn)行加工）。但更深層次的顛覆性變革來自共封裝光學(xué)器件（CPO），它將光子集成電路（PIC）與電子集成電路（EIC）堆疊在一起。

這種轉(zhuǎn)型恰好發(fā)揮了先進(jìn)半導(dǎo)體代工廠的優(yōu)勢。臺積電和日月光等公司不僅作為制造領(lǐng)導(dǎo)者，而且作為潛在的標(biāo)準(zhǔn)制定者，都具備發(fā)揮關(guān)鍵作用的有利地位。如果行業(yè)要從創(chuàng)新走向大規(guī)模部署，標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。然而，一些架構(gòu)問題仍懸而未決：行業(yè)應(yīng)該傾向于采用PIC-on-EIC還是像臺積電目前采用的EIC-on-PIC？混合鍵合技術(shù)是否會取代扇出型微凸點技術(shù)？在光學(xué)方面，哪種耦合策略將占據(jù)主導(dǎo)地位：V型槽、邊緣耦合器還是光柵耦合器？例如，臺積電的COUPE平臺正在推廣，同時考慮了邊緣耦合和表面/光柵耦合兩種方案。

目前來看，尚無任何單一方案明顯優(yōu)于其他方案。最終結(jié)果可能更多地取決于更廣泛的系統(tǒng)級需求，而非任何單一技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢。未來的系統(tǒng)是否會依賴寬光譜帶數(shù)據(jù)交換？對準(zhǔn)精度是否會成為主要瓶頸？這些都是業(yè)界仍在思考的問題，而最終的答案或許將由博通和英偉達(dá)等生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)者來決定。

光纖到芯片的耦合是另一個重要問題，業(yè)界似乎至少在一點上達(dá)成了共識：連接必須可拆卸以確保可維護(hù)性。Teramount、Senko、Intel 和 ICON Photonics 等廠商都在開發(fā)各自的解決方案，但尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。任何成功的解決方案不僅需要符合硅光子學(xué)設(shè)計規(guī)則，還需要滿足插槽級集成的機(jī)械要求。

除了數(shù)據(jù)通信和電信領(lǐng)域（光鏈路在速度、能效和性能方面已展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢）之外，光子封裝在其他應(yīng)用領(lǐng)域，例如增強(qiáng)現(xiàn)實和量子技術(shù)，也變得越來越重要。在這兩個領(lǐng)域，推動技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一都是對更小尺寸封裝的需求。

在增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）領(lǐng)域，近期發(fā)展路線圖主要由液晶半導(dǎo)體（LCoS）和微型LED之間的競爭決定，兩者都對封裝提出了很高的要求。LCoS依賴于投影機(jī)封裝，而microLED則增加了將CMOS背板與外延片混合封裝的挑戰(zhàn)。展望未來，基于激光的顯示架構(gòu)預(yù)計也會帶來新的封裝瓶頸，例如RGB激光陣列與波導(dǎo)的耦合。

在量子領(lǐng)域，通往大規(guī)模量子比特架構(gòu)的道路依然充滿無限可能。但無論未來是囚禁離子、中性原子還是光子量子比特，先進(jìn)的光子封裝技術(shù)都將至關(guān)重要。對于基于離子和原子的平臺，封裝需要支持激光器的密集集成，以控制日益增長的粒子數(shù)量。而對于光子量子處理器，對準(zhǔn)要求則更為嚴(yán)苛，光纖損耗必須保持在0.1 dB以下，遠(yuǎn)低于以往約1 dB的損耗水平。

截至2025年，光子封裝的發(fā)展主要由數(shù)據(jù)通信和電信領(lǐng)域的光收發(fā)器驅(qū)動。展望未來，人工智能基礎(chǔ)設(shè)施的需求，特別是對更高效、更高帶寬、更低功耗互連的需求，將加速CPO在橫向擴(kuò)展和縱向擴(kuò)展架構(gòu)中的應(yīng)用。重要的是，這種轉(zhuǎn)變不應(yīng)被視為對可插拔光器件的取代。可插拔光收發(fā)器市場預(yù)計在2025年至2031年間仍將保持增長。CPO不應(yīng)取代可插拔光器件，而應(yīng)被視為光子封裝生態(tài)系統(tǒng)的一個新增機(jī)遇。

當(dāng)然，封裝所創(chuàng)造的價值份額會因應(yīng)用而異，取決于技術(shù)成熟度、生產(chǎn)規(guī)模以及組裝復(fù)雜性的相對重要性。隨著光路逐漸靠近邏輯電路，首先是在類似 COUPE 的 EIC 層，隨后是類似于 Marvell 和 Celestial AI 所采用的架構(gòu)中 HBM/XPU 的集成，封裝的要求和價值必將更高。

據(jù) Yole Group 估計，目前光子封裝在數(shù)據(jù)通信可插拔光收發(fā)器市場價值中約占 25%，在電信領(lǐng)域約占 20%。在仍處于早期階段的 CPO（芯片封裝）市場，光子封裝的價值在 2026 年至 2027 年的市場拐點附近可能達(dá)到約 50%，之后隨著硅光子芯片在價值鏈中占據(jù)更大份額，到 2031 年將下降至 35% 左右。

在2031年的展望中， AR可被視為市場的“第三大應(yīng)用支柱”，并且可能展現(xiàn)出尤為強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。Yole Group預(yù)計2026-2027年將是AR的轉(zhuǎn)折點，而2028年將成為microLED的關(guān)鍵之年，屆時單面板RGB解決方案將準(zhǔn)備量產(chǎn)。這些器件的尺寸預(yù)計將大幅縮小，從而促進(jìn)更廣泛的應(yīng)用。

為何看好光封裝？

光子封裝市場正進(jìn)入高速增長階段，其主要驅(qū)動力來自兩大因素：一是人工智能驅(qū)動的對更快、更高效數(shù)據(jù)互連的需求，二是下一代顯示技術(shù)的崛起。盡管光收發(fā)器（數(shù)據(jù)通信和電信）一直是該市場的主導(dǎo)，但隨著架構(gòu)日益復(fù)雜，共封裝光學(xué)器件 (CPO) 正在崛起，成為重要的補(bǔ)充機(jī)遇而非替代品，釋放出更高的封裝價值。在顯示領(lǐng)域，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)預(yù)計將在 2026-2027 年左右迎來拐點，而微型 LED 技術(shù)將從 2028 年起加速普及，進(jìn)一步推動封裝需求。預(yù)計光子封裝市場在所有細(xì)分領(lǐng)域?qū)⒁泽@人的 21.5% 的復(fù)合年增長率 (CAGR) 增長（2025-2031 年），到 2031 年市場規(guī)模將達(dá)到 144 億美元，使其成為半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域最具吸引力的機(jī)遇之一。

光收發(fā)器封裝市場依賴于成熟且集中的供應(yīng)鏈（Fabrinet、Jabil、立訊精密），但隨著Innolight和Eoptolink等廠商的崛起和垂直整合能力的提升，這一供應(yīng)鏈格局正在發(fā)生重塑。向共封裝光器件（CPO）的轉(zhuǎn)變是未來最重大的變革。由于CPO需要PIC-EIC的緊密集成，具備SiPh和先進(jìn)封裝能力的代工廠正將自身定位為端到端交鑰匙解決方案提供商。圍繞這些廠商，臺灣的生態(tài)系統(tǒng)（日月光、SPIL、訊芯）正在構(gòu)建自身結(jié)構(gòu)以支持規(guī)模化發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)化成為將光子技術(shù)與成熟的微電子制造模式相融合的關(guān)鍵推動因素。對于無晶圓廠設(shè)計公司而言，這意味著需要適應(yīng)由PDK/ADK框架定義的代工廠和OSAT流程。

如今的光子封裝涵蓋激光芯片、硅光子芯片、光纖陣列單元和光電二極管陣列，其中OT模塊正從混合集成向異構(gòu)集成過渡。更深層次的轉(zhuǎn)變源于CPO（芯片封裝），這使得臺積電等代工廠和日月光等OSAT廠商成為核心，但堆疊方向、鍵合和耦合方法的標(biāo)準(zhǔn)化問題仍未解決。最終的解決方案將取決于博通和英偉達(dá)等生態(tài)系統(tǒng)所有者所主導(dǎo)的系統(tǒng)級選擇。在光纖到芯片耦合方面，可拆卸性對于便于維護(hù)已達(dá)成共識，但各廠商之間仍需制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。除了數(shù)據(jù)通信之外，光子封裝正在擴(kuò)展到AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）和量子計算領(lǐng)域，其關(guān)注點轉(zhuǎn)向了外形尺寸。量子計算需要更高的激光器密度來擴(kuò)展量子比特；AR的近期發(fā)展趨勢主要取決于LCoS（激光陶瓷）與MicroLED（微型LED）的競爭，而基于激光器的架構(gòu)也帶來了新的耦合挑戰(zhàn)。

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（來源：編譯自Yole）

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