產業_群益_CPO_D-FAU供應鏈_20260514

編譯範圍說明

使用者本次 ingest（2026-05-15）勾選「只保存 Raw_data 不編譯 lib」，本份簡報涉及的 TSMC COUPE 2.0 / iFAU / Meta-lens / Feynman / 3D EIC-PIC SoIC-X 等技術頁與奇景光電、合聖 (AuthenX)、錼創、富采等公司頁未在本次 ingest 編譯到 lib/；如後續要拆深度技術頁或新增公司頁，再開另一輪 ingest。

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原始內容

光譜效能演進圖

在「相同頻寬（Hz）」下，能傳的資料量越來越多。

光通訊的終極方向：從增加電平（PAM4），到利用相位（Coherent）， 最後到重構架構（CPO），本質是在用不同方式突破頻譜效率的極限。」

• 31E sidebands

• 多個 sidebands
• 頻譜較分散 效率低

僅

Confidential

「脈衝振幅調變（PAM）」 可以用現有光模組（pluggable） 需要很多 lanes（→ fiber爆炸）

· 更集中 ·Е*Ф

• 利用相位資訊 效率提升

引入

相位資訊

，利用 IQ 調變（正交調變）

• 與相干 DSP 技術來壓榨頻寬。

Coherent 的過渡技術 高效但不適合AI短距離

AI 算力新視界：CPO 關鍵零組件 D-FAU 與全球供應鏈深度佈局解析。

傳

， 勿

光譜極度集中，頻譜利用率達到極限壓縮 外

10 bottleneck • KAzEIT fibei

幾乎沒有 I/O bottleneck、不需要長距離 fiber routing 由於光學引擎直接整合，對外部光纖的需求大幅減少，

• → Shuffle box將消失

ＹＨＳ

。

今天主題說明、與數量計算位置

GB200 NVL72 1EA1 (197AE)

Confidential

IEEPEAJ

* NVLink AHAH1E3E3E · 107 6,000 1T FAHT·

1

(Floating Blind Mate)

HRWTE •

客

。

MPO I8FF

Shuffle Box

FAU

*H5E (OE) / PIC

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Yi-Hau, Shiau

PIcs can leverage semiconductor yield learning and wafer size scaling

側邊式光引擎（Side-by-Side OE）架構 vs. 台積電 技術的共同封裝光學（CPO）架構

傳統架構 (Side-by-Side OE w/ MCM)： ASIC（如交換機晶片）與 光引擎（OE，由 EIC 與 PIC 組成） 分別放置在不同的封裝基板上，透過 PCB 進行連接。這種方式的傳輸距離 較長，且電氣損耗較大。

進階架構CPO w/ COUPE：

利用台積電的 CoWoS-S 先進封裝技 術，將 ASIC、HBM 記憶體以及 COUPE 光引擎 全部整合在同一個矽中 介層（Interposer）上。這使得光學介 面能夠極度靠近運算核心，大幅縮短 了電訊號走線。 群 益 客

效能指標(OE-ASIC Link)	傳統多模組MCM (w/ uBump OE)	COUPE / CoWoS-S方案 4	效能提升 /改善幅度
傳輸距離(Link Length)	5mm 1	1mm	縮短80%
線寬/線距(W/S)	22 / 44 μm /	0.4 / 0.4 μm	極致微縮化
佈線密度 (Routing Density) 供 5	1.0 X (基準)	80 X	提升80倍
頻寬密度(BWDensity) 僅	1.0 X (基準)	37.6 X	提升37.6倍
系統能源消耗	1.0 X (基準)	0.19 X	節能81%
單一模組頻寬(Module)	尚未整合	4.8 T (1.6T x 3)	模組化高頻寬設計
QuantumX總頻寬	傳統架構難以達成	115.2 T	超大規模算力叢集支 持

Confidential

外

• 傳

光引擎基礎： 每一條通道（lane）為 200G，8 條通道組成一個 1.6T 的 頻寬單元。 戶

頻寬計算邏輯 (以 Quantum系列 ) 透過模組化堆疊實現超大規模頻寬： 使 用

模組化： 3 個光引擎（Light engine）組成一個 4.8T 的模組。 單一 ASIC 總體： 配置 6 個模組，單一 ASIC 吞吐量達到 28.8T 。 Quantum X 系統： 最終整合 4 個 ASIC，達成總頻寬 115.2T 6 模組 x 3 光引擎）

（4 ASIC x

證明了台積電的 COUPE 與 CoWoS整合技術是實現 NVIDIA 次世代超高頻寬交換器（如 Quantum 系列）的物理核心，透 過極短的互連與極高的密度，解決了 AI 資料中心的功耗與效 能挑戰。

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* 4.8T

， 勿

。

Engine

BW

CPO

MET PE

COUPE •

In-packages

On-board

COUPE 2.0

F# 3% 7 COI(complimentary optical interconnect) fRiFAU(integrated fiber array unit)zE 1# •

fiber

台積電 光整合和COUPE 技術

Coupe 2.0

EAEU54 (BBC)

TSMC推出了一個名為COUPE的專用平臺，專為光學引擎整合量身定製。 該平臺旨在推進下一代系統中的高速、低功耗光互連，為 了支援對矽光子學日益增長的需求，TSMC推出了一個名為COUPE的專用平臺，專為光學引擎整合量身定製。 該平臺旨在推進下一 代系統中的高速、低功耗光互連。在COUPE平台基礎上， Si-lens SaCarrier Si Carrier

開發了COI(complimentary optical interconnect)和iFAU(integrated fiber array unit)組件。

傳

COUPE Platform

(Compact Universal Photonics Engine)

。

• Si WG

EIC

外

矽光子（SiPh）技術廣泛應用面臨的主要挑戰之一是缺乏能夠同時滿足不同應用中各種功率、性能和成本要 求 的整合 平台 。 因此 ， 目前已 提 出或展示 了多種SiPh整合 解決 方 案 ， 但尚 無通 用方 案 。 業界 提 出 的 單晶片 和 異質 整合光子引 擎結 構，分 析其優 缺 點 。TSMC提 出 了一種 緊湊通 用的光子引 擎 （PE） 結 構 -COUPE（ 緊湊型通 用光子引 擎 ）， 該結 構 能夠將不同的需 求 整合到同一整合 平台 上。 COUPE 實 現了 電積體電路 （EIC）與光子 積體電路 （PIC）的集成， 其電氣介 面設計 旨 在 最 大限度 地 降低EIC -PIC 耦 合 損 耗。與 業界 提 出 的PE技術相 比 ， COUPE能夠為光柵耦合器（GC）和邊緣耦合器（EC）提供更低的插入損耗。 無論 是 G C 或 EC，COUPE 都 是一個 無空腔或機械薄弱 零 件的 實心結 構， 因此 能夠在 避免污染或機械 缺 陷 的 情況下實 現低 插 入 損 耗。 COUPE 還具 有 易 於與主 機 ASIC整合的 靈活 性，可 形 成 共封裝結 構。 COUPE整合方 案 能夠滿足 最 嚴苛 的 系 統需 求 ， 並為 基於SiPh的 晶圓級系 統整合（ W LSI）在高效能 運 算應用中的應用 鋪路 。 僅 供

Confidential

onfidential

僅

EIC

Photonic FOPoP

光學引擎頻寬和效率的演變

PIC

Photonic 3D

KPICHEEÈ MFMTAA (TSV) TMETTZEKEIC

AEEET EENTE IZEOEEILE200GKA

•

CPO的組裝涉及各種元件，包括跨不同晶圓節點的雷射器、光學、光纖陣列單元（FAU）和矽積體電路（IC）。 這個複雜的過程需要一絲不苟地關注 細節，特別是在EIC和PIC的整合中。 為了實現更高的頻寬密度，正在探索兩種主要方法： 。

MaMI

EIC

Coupler

CPO Substrate FAL

將PIC定位在EIC的頂部，使用晶圓級扇出工藝 和銅柱進行垂直連線。

供

傳

FEEN•

將PIC放在底部，使用通矽通孔（TSV）連線到頂部安裝的EIC。 這種配置提 供 了 卓越 的 熱管理 ， 並 支援 每車道 超過 200G 的 資 料 傳輸速率，使 其成 為高效能 應 用的 首選 方法。 用 ， 勿

Confidential

AI 算力新視界：CPO 關鍵零組件 D-FAU 與全球供應鏈深度佈局解析。

外

透 過 自動測試 裝置（ATE）同 時 與晶圓的一 側介面 ， 並透 過 可 拆卸 的光學 插座 與 另 一 側介面 。 戶 使

帶 有TSV的PIC 厚 度通 常 低 於100微米 ，需要加 固結 構來 承受雙 面 晶圓 級測試 ， 因 為 可拆卸 的 套筒彈簧力 和ATE探 測力 通 常 在 千 克 範圍內 。 客

< 100um

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ＹＨＳ

Electrical Die (N7)

High-speed optical modulator driver design

Design Challenges

Support Si With micro-lens

TSMC）開發的緊湊型通用光子引擎（COUPE）技術架構

Optical 1/0

uLens design on support Si

Optical 1/0 path simulation

• 異質整合架構 ： 採用 3D 堆疊 技術，將 電子晶片（EIC） 與 光子晶片（PIC） 以 F ace -to -face的方式 耦 合， 透過 SoIC-X 鍵合 技術 連接 ，大幅降低 寄生電感並 提升能源效率。
• EIC (N7 製程) ：包含 高 速 光 學 調變 器驅動器 、 轉阻放 大 器 （TIA） 及波 長 穩定控制器 。

PIC (SOI N65 製程) ：專注 於光 路 模 擬 （ 電氣 、光 學 、 電 光 共 同模 擬 ）與元件 建 模（如 雜 訊與多 波 長分 析 ）。

TMI model

• 光學輸入/輸出（I/O） ： 在支 撐 矽基板上設計微 透鏡 （ $mu$ Lens）， 並進行包含反射鏡 、光 學耦 合 器 （ G C）在 內 的 全路徑 模 擬 ，以 優 化光 纖耦 合效率。

。

• 在 封裝圖 中，TD V 位於 PD 和 M R M 附近 ， 這兩 個 裝置都 是 敏感 元件。與 TS V （矽 通孔 ）相 比 ，TD V 通常 更 靈活 、更 易 於擴 展 ， 因為它 可以 使 用更 小 的 禁區 ，同時 由 於 其 「低 介電常 數」材料的 特 性，可以降低 通孔間 和 通孔 與 裝置間 的 耦 合（ 也稱為串擾 ） 風險 ， 從而 降低 寄生電容並簡 化散 熱控制 。 外

Confidential

• 3D 堆疊挑戰 ：涉及複雜 的 3D 平 面規 劃 、SoIC -X/TD V 凸塊佈局 、高頻 通道建 模，以 及關鍵 的 散熱（Thermal） 與 機械（Mechanical） 結 構 穩定 性分 析 。 傳

Grating Caspie

勿

「3D 堆疊 EIC/PIC 矽光子平台」的組裝過程

1

• 先進製程組合： EIC 採 用 7nm FinFET CMOS ，PIC 則採 用 65nm SOI SiPh （ 絕緣層覆 矽光子製程）。這是台積電將高 性 能 運算邏輯 與 成熟 光學元件 結 合的 標準 配置。 僅

。

• 3D 垂直堆疊（SoIC-X）： 左側圖示說明 了 EIC（電子晶片） 以 「Face -do w n（ 面 向下）」的方式， 透過 Cu-Cu hybrid bonding（銅 對銅混合鍵合） 技術 ， 直接 與「Face -up（ 面 向上）」的 PIC（光子晶片） 進 行 Face-to-face (F2F) 接 合。 供 5 /
• 光學耦合機制： 右側剖面圖展示 了光訊 號 的路 徑 。光纖陣列（FAU） 透 過 Si microlens（矽微透鏡） 與 PIC 上的 Grating Coupler（光柵耦 合器） 進 行表面耦 合。這種 微透鏡技術 （uLens）能 顯著 提 升 對 準容差並降 低光 損 耗。

· 垂直互連： PIC 內 部 含 有 TDV（絕緣層穿孔） ， 並透 過底部的 Cu Pillars（銅柱） 與 外 部基 板 連 接 ，實現高效的電 氣 傳輸。

M4B: A 256 Gb/s DWDM Optical I/O in a 3D-stacked EIC/PIC Silicon Photonics Platform

Confidential

PIC 採用 65nm SOI SiPh 製程，並透過 Face-down（面 向下） 的方式與 EIC 進行 3D 堆疊。這正是台積電 3DFabric 旗下 SoIC-X (混合鍵合) 技術的典型應用，也是 台積電目前在矽光子領域的核心競爭優勢。

戶

PIC (face up)

。

Structure

PBSR

COUPE

2.0

Conventional

OE

各種光纖耦合器 （BBC） 之間的比較

GC

Fiber

SI

Fiber

僅

COUPE

垂直 寬頻 耦 合 器 （ BB C） 是TSMC 整合光學互連系 統（iOIS） 的 重 要組成 部 分，iOIS是一個（CPO） 平臺 ， 結 合了COUPE2.0 和用於高效能計算和 通 訊 系 統的 複 合中 介 （CI）。 BB C 被 設計 為具 有廣泛的 頻寬， 這意味著它 可以在 廣泛的 波 長上 耦 合光。 5 / 1

Si

4

OE

SSC

BOX

LEC

戶

COUPE2.0是一款高效能光學引擎，它使用垂 。

直寬頻耦合器與光纖連線， 使用SoIC鍵與EIC連 線。 它可以支援波分多路複用（WDM）和各 種光學器件的異構整合。 CI是一個高度整合的 雙電氣和光學互連（DEOI）網路，在不同的光 學引擎之間提供低損耗、高頻寬和靈活的光學 路由。 它還在ASIC和光學引擎之間提供了高密 度的電氣互連。 使 用 ， 勿 外 傳

與其他CPO結構相比，TSMC的整合光互連系 統（iOIS）有幾個優勢，例如:

• 1.提高效能、
• 2.降低功耗和提高設計靈活性。 然而，在這些技術被廣泛採用之前， 還需要解決幾個挑戰 。

250- 206

2022

TSMC COUPE2.0 Vertical BBC was Patented

三篇專利確認垂直寬頻耦合器（BBC）的技術

Download PDF

Package Structure Including Photonic Package and Interposer o

Having Waveguide

US202301

United States

= Download PDF

Q Find Prior Art rentor: Chen-Hua Yu, Hsing-Kuo Hsia

2023

Find Prior Art

& Similar

& Similar

70’

SiN WG (wPBSR)

Fibers

70’

FAU Housing

TMR-L

TSMC開發了COI (complimentary optical interconnect)和 iFAU (integrated fiber array unit) 組件

COIT

64/64’

164/154’

MITTSMC IFAU (integrated fiber array unit)

FAU Housing

TMR-L

High Performance

Memory

Conventional EC

Optical

Engine

Co-Packaged Optics

Fiben

Ref.: H. Hsia et al., “EPIC-BOE: An Electronic

Broadband Optical Engine Applications,” Re

2D Fiber Array with

Micro-lens

Chiplet Integration Technology with IC Proc

Semiconductor Manufacturing Company, H

分析TSMC iFAU (integrated fiber array unit) 構造

Substrate

COIT

Micro-lens

EIC

FAU Housing

SiN WG (w/PBSR)

TMR-I

垂直寬頻耦合器(BBC)

Confidential

Optical

Engine

使

益

1

COUPE（緊湊型通用光子引擎） 將 垂直O波段光柵耦合器（GC）與嵌 入式微透鏡整合，實現0.3dB光纖陣 列耦合損耗，對齊公差為±10μm。

Ref.: H. Hsia et al., “EPIC-BOE: An Electronic-Photonic Chiplet Integration Technology with IC Processes for Broadband Optical Engine Applications,” R&D, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Hsinchu, Taiwan, 2024. 。

勿

外

垂直寬頻耦合器的效能

在COUPE2.0中，一種 結 合了 G C和EC 優點 的 新型垂直 寬頻 耦 合 器 （ BB C） 旨 在有效 實 現 W DM 並 進 一 步減少 OE的大 小 。 作為垂直耦 合 器 ， 它 與多 行垂直F AU相 容 ， 插 入 損 耗 為0.3d B ， 對 準公 差為+ / -10微 米 。 高效能 偏 振分光 器 和 旋轉器 （P B S R ）可以與 這 個 垂直BB C整合。 透過 適 當 的 整合微 透鏡 和 FAU設計 ， F AU 對 準公 差 可以擴 充套 件到大於 ± 20微 米 。 透過停 用光 束偏轉機制 ， 該BB C 也 可以用 作 高效能 水 準光 纖耦 合 器 。

Intel跟TSMC 都是用石英或 SiN：

透明好對位、 UV硬化

傳

SiN WG (w PBSR)

Fibers:

• 3D Si Stacking

25DD3DA•1E3DFabricESA#zia3

				傳
			，	外
			用
		戶
		益 客
	群
1

供 MICSET9 · 2026#4A

Confidential

• L/S : 4R3E/#R8

• pitch : 219 108E/SA RORE

• 5 /
• 僅 47 5830FabrichaR (CoWoS · SolC· SoW) · 1#2.5DEMA##A; Samsung IXI-Cube (2.5D ) EX-Cube ( (3D AFF; Intel SUS BEMIB (#) EFoveros ( (3D) MAMAMEA
• (M) BA•BERTRAE

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Yi-Hau, Shiau

。

Đ T T C TT NGGG •TA XN CSD SD •SOC-

Low

2D

Wirebond

光學引擎封裝技術圖

EIC

PIC

Co packaged substrate

EIC

PIC

Interpofel anaur

Co packaged substrate

從 2D 封裝到 2.5D、3D 封裝 TSV與混合鍵合等封裝技術進展，使光子晶片（PIC）與電子晶片（EIC）得以逐步縮短互連距離。透過 SoIC-X 混合 鍵合，PIC 與 EIC 的整合度最高，能將介面寄生電容降低 85%。相較於依賴中介層與微凸塊的 2.5D 或 3D WB 結構，SoIC-X 能提供更短的光電轉 換路徑與更高的能源效率。 。 Wirebond

2.5D

IDTedhEx

Research bump

TSMC COUPE 1.0、2.0、3.0 技術演進對比表

SMC-SoIC® (面對面鍵合)/iOIS (整合光學互連系統)/OLSI (光學局部矽連接)

技術世代	COUPE 1.0	COUPE 2.0 (iOIS)	COUPE 2.0 (iOIS)	COUPE 3.0 (OLSI)
對應NVIDIA GPU	B lack w ell 系列 ( 初 期 版 )	B lack w ell 系列 ( 進階版 )	R ubin Ultra 系列 (Q1/2027)	Feynman 3.2 T 以 上( 2029 )
對應光傳輸產品	1.6T 乙太網路 交 換機	Quantum - X800 ： 800 G 可 插拔 模組 極低 延遲訓練 叢集設計Quantum 3450CPO交 換器 115.2T 總 頻寬	NV Link 6.0 ：雙向 200 G SerDes	實 現Memory 與Compute F abric 全 光 互連 。 NV Link 內建置 Chip 傳 。
主要定位	可 插拔 光 學 模組(Pluggable)	共 同 封裝 光 學 (CPO)	處理器內 整合(On - Package/Die)	F ull Optical NV Link 3D optical routing（In - Pakage） 勿 外
結構位置	封裝外部 (OS F P/QS F P 模組)	靠近處理器 的Co W oS中 介 層	處理器 / G PU 內部 (極 近 距離) ，	F ull OLSI F abric On - die / In - package deeply integrated
核心專利	US202003512xxA1 (CPO 起 點 )	US117036xx B 2 (Optical Interposer)	US202101118xxA1 (Die - to - Die) 用	US202101118xxA1 (Die - to - Die) 用
封裝技術	TSMC - SoIC ® (EIC面 對 面 鍵 合)	Co W oS - L + SoIC + iOIS _ CI	Co W oS + 光 學 中 介 層 OLSI (光 學局部 矽 連接 ) 戶 使	Optical Co W oS + 3D Optical F abric
傳輸頻寬	~ 1.6 Tbps	~ 6.4 Tbps 客	~ 12.8 Tbps以上	> 3.2T per link / P B- scale system
功耗效率	p J /bit	< p J /bit 益	512 K G PU/Infini B and 協議 sub - p J	deep sub - p J /bit (0.5)
光電距離	cm 級 (板 級 距離)	mm 級 ( 封裝級 距離) 群	µ m 級 ( 晶片級 距離)	sub - μm（ 接近 on - die）
雷射光源位置	外部 光源(ELS) / 插 槽 式 4	外部 光源 或封裝 側邊 整合 C W DM laser	外部或封裝內 混 合整合 D W DM Laser	co - packaged / remote laser array D W DM Laser（ 或 改 採uLED）
光引擎位置	模組（OS F P） 1	封裝 旁 （s w itch/ G PU）	CPU/ G PU 內	G PU 內建 （optical I/O cell）
EIC/PIC進展	EIC : N 6 (6nm) / PIC : 65nm 供 5 /	進階 邏輯製程 / 導 入iOIS 平台 / 先 進 邏輯製程 ( N 5/ N 3 級 )	極限微縮 製程 ( N 2 級 ) 高度 融 合，幾乎 無介 面(Quasi - monolithic)	N 2 / A16 / ad v anced node
PIC 僅	Si	Si	Si	Si
Waveguide	矽(Si)與 氮 化矽(Si N )	多 層 Si N 與 聚 合 物 波 導 (P WG )	高密度OLSI矽 波 導	Si N + ad v anced hybrid（ultra - lo w loss）
Interposer	無	Si	Si + dielectric	Ad v anced dielectric optical stack
優點	成熟供應鏈、易於導入/成本相對低	大幅降功耗(~40%)/寄生電容減 85%	最低延遲、高能量效率(sub-pJ/bit)	極限AI scaling
缺點	RC寄生效應較高、延遲與功耗較大	封裝複雜度提升、需精密對準技術	製程難度極高、成本與良率挑戰大	製程 / 良 率極難

Confidential

ＹＨＳ

Micro-LED Communication for CPO

資料中心10公尺內短距離高速傳輸應用，適合用於共封裝光學（CPO）以及主動式光纜（AOC）高速互連。相 較於其他光通訊光源方案，Micro LED具備多項優勢，包括高溫穩定性（125°C）、長壽命（30,000小時）以及 極低功耗（低於1 pJ/bit），可大幅降低資料中心傳輸用電量與散熱需求，在AI資料中心高密度、高效率運算環 境中極具發展潛力。 勿 外 傳 。 1

Yi-Hau, Shiau

ena Lig

=

1000000

三大光源技術路徑的對比

10000

CHIPS SR Target

1000

HBM •

1

4 0.01

電氣鏈路 (Electrical - 黑色虛線)： 包含 HBM、NVLink 2 與 PCIe 等技術。在「封裝內 (in-package)」的短距離下效能極高，但隨著距離增加（超過 0.1 公尺），其 效能會因電阻與損耗而 急劇下降 。 僅 供 5

• 傳統光學 (Optical - 紅色虛線)： 包含 SiPh CPO、VCSEL以及各種傳統光收發器 (如 QSFP28)。 能支援「機櫃外 (off-board)」長達 100~1000 公尺的傳輸，但在單 位頻寬密度與能效上的表現較電學路徑差。
• LightBundle™ (μLEDs - 藍色箭頭區域)： 這是 Avicena 的突破性技術，它橫跨了「封裝內 (in-package)」到「板級 (on-board)」的範圍。
• 特性： 它的 FoM 指標能與封裝內的電路效能相 匹 配，且將高效傳輸距離 延伸至 10 公尺 。
• 10 倍效能增長： Avicena LightBundle™ 技術實現了 比 現 有解決 方 案 （如傳統光學 互 連）高 出 10 倍 的 功率和 密度 FoM。

in-package

CHIPS LR Target

• ＝ 圖表Y軸 Figure of Merit, FoM) ＝
• 頻寬密度 (Bandwidth Density)： 每毫 米 晶 片邊緣 能提 供 的傳輸速率 ( G bps / mm)。
• 能量效率 (Energy Efficiency)： 傳輸 每 位元 資料所消 耗的能量 (p J/ bit)。

0.1

0.0001

0.001

/

on-board off-board

nVIDIA Feynman 目標 > 10 Tbps/mm² 頻寬密度

藍光 (Blue) 與 綠光 (Green) 的並行陣列。這種並行化設計不僅提升了頻寬，還能透過多波長（WDM）或多通道的空間分割， 進一步增加資料吞吐量。

空間維度的擴張 1

像素間距 (Pitch) 僅

4

與傳統雷射技術追求單通道速率（例如提升到 100Gbps）不同，Micro-LED 的策略是在極小面積（1x1 mm²）內塞入更多 的發光單元。 供 5 /

1. 從 35μm 到 25μm ：當間距縮小時，1mm² 內的晶片數量從 800 顆 翻倍至 1600 顆 。
2. DPI 的意義 ：圖中提到的 1000 dpi 代表了極高的製造精度。在光通訊中，高 dpi 意味著能在單一光纖或導光元件的 對接面上，提供更密集的訊號輸入點。

Reference: Yi-Hau, Shiau / PlayNitride

Yi-Hau, Shiau

Confidential

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。

Micro-LED 光通訊有四大應用情境與傳輸距離

圖片下方的橫軸展示了從 0.01m 到 0.1m 以上 的傳輸演進，可分為四個層次：

Intra-chip Communication (0.01m Scale)

晶片內通訊 (Intra-chip Communication) ： 5

/

在單一 CMOS ASIC 內部。 供

1

直 接在 ASIC 封裝內利用 LE D 、 波 導 與 P D 進行訊號傳 遞 ，用以 解決 晶片內 布 線過 於擁擠 與發 熱 的 問 題 。 僅

Confidential

GaN wafer on Si

群 益

4

晶粒級/封裝級通訊

(Chiplet based) ：不同 Chiplet 之間 。

實現方式 ：使用一個 獨立 的 GaN 通訊 晶片 (GaN communication chip) 作 為中介，透過內部的光學中介層連接 多 個 Chiplet，這與台積電 COUPE 平 台 的 異質 整合 概念 高度 契 合。

客

，

Rack-Scale Optical Bus

Rack Level Connectivity (0.1m+)

機櫃級通訊 (Rack level) ：

伺服 器機櫃 之間或 高 速 運算 節點間 。

「 Monolithic integration of ASIC and GaN 」以及「 Multicore fiber 」 說明 在長距離傳輸 時 ，會將 ASIC 與 GaN 直 接進行 單晶整合 ， 並對 接 多芯光纖 來 達成超高頻寬輸 出 。

Reference: Yi-Hau, Shiau / PlayNitride

板級通訊 (Board Level) ：

實現方式 ： 當 傳輸距離增加 至 0.1 m 左右 ， 則開始 利用 光學互連 取代 傳統電路板的 銅箔 走線。

使用 Micro-LED 與 Micro-PD 矩陣的短距光學互連

高折射率對比 ：GaN 在近紅外光（~1.55 µm）波段的折射率約為 2.3) 。當它與二氧化矽（SiO2)，n 1.45)）或空氣（1.0)）包覆層（Cladding）搭配時，能形成極高的折射率 差，將光子緊緊限制（Confine）在 GaN 核心內。

超寬透明波段 ：作為寬能隙（Wide Bandgap, ~3.4 eV）材料，GaN 的透明窗口從 可見光一路延伸到近紅外光 ，能傳 輸 傳統矽（Si）波導 無法通過 的可 見 光。 極高光學非線性 ：GaN 具有優異 的二 階 （ X 2 ）與 三階 （ X 3 ） 非線性 光學效應， 適 合直接在 晶片上 製作高效能的 光參量振盪器、混頻器與微環諧振腔 。

GaN >* (~1.55 m) ARFE 9 n = 2.3

1R SiO, (n = 1.45) a 2f (n = 1.0)

• GaN py •

2. MAZIRE

GaN AMBEBN (~3.4 eV) **4 1R BAN - 365 1

• 5 /

1

供

ВНФФАТТСТ

16 + в (11

3. MARIN (Suspended Waveguide)

群

69 1515$ (n = 3.5) •

МЕМ

傳

勿

外

(#) 2 dB/cm W.E) •

，

TU LE *#AR (Sidewall Roughness)

#$* (LED/Laser) J GaN te

。

(ASIC)

#7 1I EIX (EIC) :

Driver (50) a F) : 15

LE ASIC • M*

FE FEEL Micro-LED B$

Micro-LED 在共封裝光學 (CPO) 中的邏輯流程架構

AM5E

MaN (ASIC) 21%

此 架構定 義 了如 何 將光 電 轉換 組件與高效能 運 算 晶 片 （ASIC）進 行 系 統 級 整合， 以達成 AI 資 料 中 心所 需的低功耗、 高頻寬傳輸。該架構 分 為四大區塊，形成一個 完整的光電互連閉環。

ASIC (CPU/GPU) ：位 於 最 左側 ，是系統的 運算 大 腦 。 它負責產生 需要 發 送 的「電訊 號 」， 並 接收 從光 網絡回 傳 並還 原 後的 資料 。 供 5

Confidential

E 7 FAIL Ti (EIC)

電子積體電路 (EIC) ：

作為電

訊

號

的

處理

層

。

Driver (驅動晶片)

：接

收 ASIC 的資料，

並 精

確 控制 Micro - LED 陣

列

的

開

關

與

亮

度。

•J5I* (Optical Engine) H 43 EIC SE PIC

(FAU)

光纖陣列單元 (FAU) ：最 右 側 的 物 理接 口 ， 包含 傳 送 （Tx）與 接 收 （ R x）光 纖 ， 實 現 機 櫃 間 的長 距離訊 號 傳 導 。

· 光引擎 (Optical Engine) 概念 ： 將 EIC 與 PIC 整合 為 一個「光引 擎 」模組， 這 大幅縮短了 電 訊 號 在 電路 板上的傳 輸 距離， 顯 著 降低了 寄生電容 帶 來的 延遲 與功耗。 外 傳 。

，

勿

2R7 Micro-LED MA ’ Smte, (WaS) J

•MZHHEM: MLA AZEA7 Micro-

Micro-

Yi-Hau, Shiau

TIA (轉阻放大器) ：

將光 偵測 器

產

生

的微

弱電

流

訊

號

轉換為

ASIC 可 識別 的 電 壓訊 號 並進行 放 大。

光偵測器陣列 (Rx)

：接 收端 核心，

負責捕捉

光

訊號並

轉

回

電

訊號

。

耦合器 (Coupler)

：作為 PIC 與外

部光纖 之間 的 橋樑 ，

處理物理 光 路

接 通

。的關鍵技術 指標 。

• 像素化並行傳輸 ：圖 中 顯 示 了多 條 並行 的光 路 ， 這 驗證 了 Micro -LED 適合「寬 而 慢」( W aS) 的 架構， 即 透過 增 加 通道 數 量 （ 陣 列 化） 而 非 單 純 追 求 極高 單通道速 率，來達成 Tbps 級 的 總 頻寬。
• 微透鏡的重要性 ： MLA 的 存 在 解決 了 Micro -LED 光 束 發 散的 問題 ， 這 是將 Micro -LED 應用 於 通 訊 而 非顯 示 的 關鍵 技術 指標 。

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Yi-Hau, Shiau

Reference: Yi-Hau, Shiau /

光子積體電路 (PIC) ：

光電轉換

Micro-LED 陣列 (Tx)

：直接生 長 在 驅

動 器 上 ，

負責 將電 訊號 轉化為高 速脈衝 (MLA)

光 訊號 。

Micro-Lens 陣列 (MLA) ：

位 於 發 光層

上方 ，

用

微透鏡對光

束進行

準直，

確保

光 線 能高效耦合 進 入光纖減 少 損耗。

(CPU/GPU)

(Tx)

Micro-Lens BE5| (MLA): 153272

(Tx)

PlayNitride

4

ЗЕИНЕ

(The Physical Stack)

ASIC (CPU/GPU)

： 位於 最 左 側 ，是 系 統的 運 算大 腦 。 它 負責產 生 需要 發送 的「 電 訊 號 」， 並接 收 從 光 網 絡回 傳 並還 原後 的資料。 ：作為電 訊 號 的 處理 層 。 / 1

電子積體電路 (EIC)

1. Driver (驅動晶片) 5

• ：接 收 ASIC 的資料， 並 精確 控制 Micro - LED 陣 列 的 開 關 與 亮 度。

2. TIA (轉阻放大器) ： 將光 偵測 器 產 生 的微 弱電 流 訊 號 轉換為 ASIC 可 識別 的 電 壓訊 號 並進行放

大。

光子積體電路 (PIC) 供

：此處 是 光電轉換 (E/O & O/E) 的 發 生地 。

1. Micro-LED 陣列 (Tx) ：直接生 長在 驅動器 上， 負責 將 電 訊 號 轉 化 為 高 速 脈衝光訊 號 。

2. Micro-Lens 陣列 (MLA)

• ： 位於 發 光 層 上方，利用微 透鏡對 光 束進行 準 直 （Collimation）， 確保 光 線 能高效 耦 合 進 入光 纖 ， 減少損 耗。

3. 光偵測器陣列 (Rx)

• ：接 收端核 心 ， 負責捕捉 光訊 號 並轉 回 電 訊 號 。

4. 耦合器 (Coupler)

• ：作為 PIC 與 外部 光 纖 之 間 的 橋樑 ， 處理 物 理 光 路接通 。

光纖陣列單元 (FAU)

：最 右 側 的 物 理接 口 ， 包含 傳 送 （Tx）與 接 收 （ R x）光 纖 ， 實 現 機 櫃 間 的長距離訊 號 傳 導 。

像素化並行傳輸 ：圖

中 顯 示 了多 條 並行 的光 路 ， 這 驗證 了 Micro - LED 適合「寬 而 慢」( W aS) 的架構， 即 透過 增 加 通道 數 量 （ 陣 列 化）

而 非 單 純追 求 極高 單通道速 率，來達成 Tbps 級 的 總 頻寬。

Confidential

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Reference: Yi-Hau, Shiau

。

緊

單片 3D 集成（Monolithic 3D, M3D）

技術在光 電 整合 系 統中的 前 沿 應用， 特 別聚焦 於如 何 將光 學互連 （Optical Interconnects） 直接 整合至高效能 運 算 晶片 中。

1. PIC/EIC M3D 系統架構 (圖 a)

此部

分

展示

了一個高度集成的

系統 ：

/

• 異質整合： 透過 中 介 層 （Interposer）與 印刷 電路 板（PC B ） 連接 ，將 原 本分離的光 學 元件與 邏輯 電路 整合在同一個微 型 化 封裝內 ，大幅縮短 了 電 訊 號 轉換為 光訊 號 的 路徑 。 僅

Confidential

光子/電子單片 3D

1

• 晶片化設計 (Chiplet/XPU)： 中 央核 心為 高效 能 處理單 元（XPU）， 周 圍 佈置 了多個光 學 I/O 單 元。 供 5

2. 晶片間光學互連與耦合技術 (圖 b)

4

此圖 細 節 描繪 了光 學 訊 號 如 何 在 晶片間 傳 輸 ：

• μ LED 陣列作為發射器： 系 統採用 MicroLED ( μ LED) 陣 列作為 光源 發 射器 ， 並 搭配 光 電 二 極 體 （PD） 陣 列作為接 收 器 。
• 多核心光纖 (Multicore Fiber)： 使 用光 纖 引 線蓋 （Optical fiber lead cap）將 μLED 發 出 的光 耦 合 進 入 多核心光纖電纜 中。
• 高度整合的 PIC/EIC 層： 發 射器 與 接 收 器 直接 構 建 在 EIC 層 之上， 實 現了極高密度的 光 學互連 。

AI 算力新視界： Meta lens 、Micro-Led、TSMC COUPE 3技術與供應鏈

3. μ LED-PD 結構與多波長垂 直 堆疊 (圖 c)

這部 分 揭 示 了 內部最關鍵 的 垂直堆疊 技術 ：

· 單 色 與多波長方案：

• (i) 單 色 方案： LED 與 PD 在同一 晶片 （EIC）上 並 排配 置 。
• (iii) 多波長垂 直 堆疊方案： 這 是本技術的 最 強項 ，將不同 波 長 （ λ 1 ,λ 2 ,λ 3）的 LED 與 PD 垂 直 堆疊 。 這意味著 在極 小 的 空間 內 ，可以 透過波 分 複 用（ W DM）技術大幅倍增傳 輸 頻寬， 而 無 需增 加 水平 佔 用面 積 。
• 層 級 互連： 整個光 學系 統 層層 堆疊： LED/PD 陣列 → EIC → Interposer → PCB ， 並透過 微 小 的 焊球 （Solder bumps） 進行電氣連接

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Yi-Hau, Shiau

。

Easy (A 5)

Low (1E)

64 Gb/ (PAM4)

DEasy (A5)

Low (1E)

5 ~10 Gb/s

光通訊技術性能對比表 (Performance Comparison)

Micro -LED 是光 互連 中 功耗 最低 的方 案 ， 非 常 適合 1 0 公尺以內 的短距離傳 輸 。 它具 備 極高的 15 0° C 高 溫耐受 性 ， 且 能 實 現 ns ( 奈秒 ) 等級 的 超低延遲 。

。

Reference: Yi-Hau, Shiau

Yi-Hau, Shiau

性能指標	傳統電互連 (PCIe)	Micro-LED 陣列	高速 VCSEL	磷化銦矽光子 (InP SiPh) 傳
圖片			，	勿 外
最 大傳輸距離(MaxReach)	1m	5 ~ 10m	100m 使 用	2 km
Base	Copper	G a N	G aAs	InP
鏈 路能耗(Link Energy)	5 ~ 10 p J /bit	< 1 p J /bit 戶	4 p J /bit	5 p J /bit
最 高 運 作 溫 度(Max Temp)	125 ° C 銅線本體的電阻會增加40%以上 。	150 ° C / 30 , 000 hrs. L F T 客	85 ° C	75 ° C
CMOS整合 難易 度	Easy ( 容易 )	Easy ( 容易 ) 益	Medium ( 普 通 )	Hard ( 困 難)
單位位元相對 成本	Lo w (低) 群	Lo w (低)	Medium ( 普 通 )	High (高)
單 通道 傳輸 速 率	64 G b/s (PAM4)	5 ~ 10 G b/s	> 50 G b/s	100 G b/s

1. 極致 的 低 能耗 (Link Energy)： Micro -LED 的 鏈 路 能耗 小 於 1 pJ/bit ， 僅 為 傳統 電互連 的 1/5 到 1/10， 遠 低於 V CSEL (4 p J /bit) 和矽光子 (5 p J /bit)。 對解決 AI 伺服 器 巨 大的散 熱 與 供 電 壓力至 關重 要。 1

4

其運作 溫 度上限高達 15 0° C ，大幅超 越 了 V CSEL (85 ° C) 和矽光子 (75 ° C)。 這使 得 Micro -LED 成 為 唯 一能夠「 貼 近 」高性能 運 算 晶片 （如 G PU/H B M） 封裝 的光 源， 因為這 些 區 域 的 運作 溫 度 通常 遠 超一 般 光模組的 承受 範圍。 供 5

2. 卓越 的 耐 高 溫 性 (Max Operation Temp)： /

Micro -LED 被 標註 為 Easy ( 容易 整合) ， 這點 與傳統 電互連 一致， 優 於矽光子的 Hard ( 困 難)。 這 驗證 了 我們 之 前 討 論過 的 ： Micro -LED 可以利用現有的成 熟半導 體 製程 進行 大

3. 與 CMOS 整合的 簡易 性 (Ease of Integration) : 規模 量產 與 異質 整合。 僅
4. 成本 與頻寬的 取捨 (The ” Wide and Slow ” Strategy) ：

雖然 Micro -LED 的 單通道 傳 輸 速 率較低（5 ~ 10 G b/s）， 遠遜 於矽光子的 100 G b/s。但 其優 勢 在於 相對 成本極低 且 體積微 小 ，可以 透過 「數 百 路並行 」的架構（ 即 寬 而 慢） 來達成 總 頻寬的超 越 。

5. 傳輸距離定位 ：其 傳 輸 距離 定 位在 5 ~ 1 0 公尺 ，正 好覆蓋 了 AI 機 櫃 內 與 機 櫃 間 （ R ack -to -R ack） 最 密集的短距 通 訊需 求 。

Confidential

AI 算力新視界： Meta lens 、Micro-Led、TSMC COUPE 3技術與供應鏈

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Reference: Yi-Hau, Shiau

Yi-Hau, Shiau

Medium (*2)

Medium (2H)

> 50 Gb/5

Hard (#₴E)

High (5)

100 Gb/s

:

Heterogeneous integration for Al/HPC

Monolithic-integrated PICs

單片 3D 集成邏輯、電源與光電子技術

• Modulator

(III-V/Si)

Optical waveguide

Monolithic 3D integration

Electrical interconnects

(Inter-tier)

Active BSPDN

I1C<590 mm

。

(within chip)

Photo detector

(2D)

(PC

1. 異質集成與單片光子積體電路 (PIC)

圖片 左 側描繪 了 單片 集成的光子架構， 強 調在同一 平台 上整合多種材料與元件 ：

• 光源與 調變 器： 採用 III-V 族材料 （如 D FB 雷 射 光源） 來 實 現高效能的光 產 生 與訊 號 調變。
• 光偵測器： 利用 二維材料 (2D) 技術來 製造 ，以 追 求 更 小 的 體積 與更高的 靈敏 度。
• 晶片 內 光路： 這 些 元件 透過晶片內 的 光波 導 (Optical waveguide) 進行 高 速 訊 號 傳 輸 。

2. 單片 3D 集成架構 (Monolithic 3D Integration)

圖片 右 側 展示 了 垂直堆疊 的極致方 案 ， 這 與 先 前 討 論 的 CPO 或 COUPE 技術 路徑 高度一致，但更 強 調「 單片 式」 的 緊 密 結 合 ：

• 垂 直 堆疊層： 最 底層 為 PIC（光子層） ，上方 直接堆疊 EIC（電子積體電路層） 。EIC 層 包含 了 2D 邏輯 與 記憶 體單 元。 1 4
• 主動 式背面供 電 (Active BSPDN)： 該 架構 導 入了 背面 供 電 網絡 (Backside Power Delivery Network) 。 這 是 一 項 突破性技術， 透過 將 供 電 線 路 移 至 晶圓 背 面，能有 效降低 電 壓降（I R Drop） 並 釋 放 正面 空間 供 訊 號 佈 線 使 用，提升能源效率。 僅 供 5 /

Confidential

Si legior

5X+i#X+ TỀl (Innolux)

H RDL Interposer (#1##ЕФ^E)

KEMC (538 E7) 1533

Micro LED CPO 全球供應鏈與布局概覽

M

•

TrendForce 預估到 2030 年產值將達 8.48 億美元 。這雖然在半導體總產值中佔比不算最大，但它是針對 「高毛利、高效能」的 AI 核心通訊市場，這代表相關供應鏈（如nVIDIA+Acicena+TSMC+采鈺、 MicroSoft+聯發科等）將在高端伺服器市場擁有極強的話 語權 。 勿 外 傳

。

參與廠商/ 聯盟	核心 技術與 方案	策略角色 與 布局亮點 ，
Microsoft (MOSAIC) +聯 發 科	MicroLEDCPO架構與AOC（主 動 式光 纜 ）整合	建 立 系 統 級 架構 標 準， 由晶片 大 廠聯發科 提 供核 心 整合方 案 。 用
Credo (AEC 領導者 )	收購 新 創 Hyperlume	透過 併購 擴 展 光 互連 產品線 ， 鞏固 機 櫃 內 傳 輸 的 領導 地 位。 使
Avicena + TSMC	Light B undle ™ 技術(超低功耗)、MicroLED PD 客 戶	提 供 512 G bps 至896 G bps的超高效率光 互連 方 案 。
ams OSRAM	自 主 研發 Micro LED光 互連 方 案	整合 晶片 、光 學 元件與 專 用ASIC， 預 計2027 年商 業 化 問世 。
友達 (AUO) +富采+鼎 元	玻璃 R DL Interposer ( 重佈 線層 中 介 層 ) 群 益	市場 關鍵 突破 ： 提 供 整合 好 的中 介 層 ， 客戶 不需 自 建 巨量 轉 移 設 備即 可 使 用。
鴻 X +鴻 X +群創 (Innolux)	bEMC ( 先發 電 光) 優 勢 4	透過垂直 整合能力 建 立競爭門檻 ， 強 化Micro LED資源 掌握 度。
錼創 (PlayNitride) + 光 循 (Brillink) 1	合 作 開發 光 互連 布 局	台 灣 Micro LED 龍頭 與光 通 訊 新 創 的 策略 結 盟 。
京東 方 華燦+上海新 相微電子 /	Micro LED光 互連 開發	中 國供 應 鏈 積 極 卡 位AI資料中 心 基 礎 設 施市場 。

5

目前市場已不再是單一公司的競爭，而是 聯盟對抗 。例如 Microsoft 帶頭的 MOSAIC 體系，或是台灣以友達、 群創 為 核心

聯盟化競爭（Ecosystem Competition） 僅 供

的垂直 整 合 鏈 。在 M a r ke ti ng 上， 強調「生態 系 完整性」 與 「 供 應鏈韌性」 將是爭 取 資料中 心 大 廠訂 單的 關鍵 。 中

總 結 來說 ，Micro LED 正 在從 「顯示 技術 」 轉 身成 為 「 AI 傳輸技術 」 。 其 低 功 耗、低 延遲 的 特性 ， 配 合 日益成熟 的 玻璃 介 層 整 合技術，將使 其 在 2 0 3 0 年 前 成 為資料中 心 光 互 連市場的新 顯學 。

Confidential

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Yi-Hau, Shiau

Fiber

Bundle

Ferrule

Lens Array

PD Array

LED Array

Frame

D2D Interface

Substrate

5

僅

益

供

Fiber Bundle Cross Section

客

戶

傳

。

。

20 mm

超穎透鏡 Meta Lens是什麼？

超 穎透鏡 （Meta Lens） 表面排 列 許多奈米柱狀結 構， 可以改變 光線 進 入時 的方向與速度， 讓 光線 像 是 經 過傳統 鏡頭 一 樣聚焦成像 。 它 能 以 一 片薄膜取 代 多層鏡頭 ，大 幅減少 體積與重量， 因此被視 為 手 機鏡頭 、 感測 器與 穿戴 裝置中下一 代的光學 解決 方 案 。 僅 供 5 / 1

Confidential

• 京瓷 利用 其 專有 設計技術 開發了一種元 透鏡 ， 其 中 焦 點位置 會根據 光的 顏色 或 波 長 而變化 。 使用這個 鏡頭 ，不同 顏色 的 影象 可以 在與 觀眾 的不同 距 離 上 形 成 。 例 如， 綠色影象 顯示 得 更 遠 ， 而 紅色影象 顯示 得 更 近 。 透 過在不同 深 度 呈 現 影象 ，該系統 即 使在 緊湊 的 可穿戴尺 寸 光學模組中也能 產生 具 有 強 烈深 度線索的 鳥 瞰 圖 。 4

Image

。

應用 外

傳

3D 感測 與光 達 自駕車 、 人臉辨識系統 Ima g e 醫療影像 裝 置 內視 鏡、 顯 微鏡 紅外 與 監控系統 熱成像儀 、 機 器 視覺攝影機 消費性 電子產 品 手機 相 機 、A R /V R 頭戴 裝 置 光學 投影 小 型 投影機 矽光子應用 ， 勿

等 光線發 射 端與 接收 端

NeW Method

Metalens的演變：從單個裝置到整合陣列

D00

00

Future

Research

Areas

New Principles

(Mаn

超穎透鏡（Metalens）的物理定義、結構組成及其聚焦機制

超穎 透鏡並 非 透過透鏡的 厚 度 變 化（如 凸 透鏡中 心厚 、邊緣 薄 ） 來聚焦 ，而是透過在入射 輻 射中 引 入 可變相位延遲（Variable phase delay） 。

相位 調控 ： 透 過在 空 間 中 精確 分布 不同的相位 延遲 ， 可以 重 新形塑 光 波 的 波 前（ W a v efront）。

波 前彎曲 ：來 源 中的模 擬 顯示 ， 即 使超 穎透鏡 的寬度 僅 有 幾 個 波 長， 它 仍 能有效地 彎曲 波 前 ， 並 將大部 分 能量 集 中在一個 焦 點上。 Small round pillars) 15·

奈米結構與幾何參數設計

其結 構與 參 數邏輯 如下：

直徑 變 化 調控 ：實現 局 部相位 延遲 的關 鍵 在 於 改變 柱體的直徑 。 空 間分 布範例 ：在一種 二 維 截 面設計 中， 柱 體 直徑 從 邊 緣的 小型 逐漸 變化 到 中 心 的大 型 。這種 直徑 的 梯 度 變化產生 了 所 需的相位 梯 度，模 擬 了傳統 透鏡 的 聚焦 效 果 。 客 戶 使

結構組成 ：

由 透明 且具備 高 折 射率 材料 製成 小型 圓 柱 （Small round pillars）組 成 。

用

Confidential

AIS AAIAMR : Meta lens • Micro-Led • TSMC COUPE 3f= (g B4 1* Me. 1L

Confidential

Meta lens

Yi-Hau, Shiau

Yi-Hau, Shiau

1 Meta Lens #† СРО EM HE?

1 RThEAt

•AR#ENNAATANX

Meta Lens FMM) • AEXA

A HIH • 77A СРО

2 17 1 37#

800G 167

Meta Lens 5*** RAE

僅 供 5 BSRFEMIE·

Confidential

4KBHN

MX • HEH

4

*X AE IES

1

1ET) TE

1. 尺寸與整合性：傳統玻璃透鏡體積 過大且難以整合進半導體封裝。 Meta Lens 是平面的，能大幅縮小元 件體積，符合 CPO 「共同封裝」的高 度緊湊需求。

Meta Lens (М*ший)

使

用

Meta Lens 4A

1419#1 • 1A875 • HFE

FE F T SA

AR/VR

AR 10

2. 傳輸效率：在 800G 向 1.6T 甚至更 高頻寬邁進時，光訊號必須極其精確 地打入光纖。 Meta Lens 的奈米級精 度能顯著提升耦合效率並降低訊號衰 減。 群 益 客 戶
3. 效能提升：配合台積電的矽光子技 術， Meta Lens 有助於實現高速、低 功耗的光傳輸，這對 AR/VR 眼鏡及 AI 伺服器等需要處理龐大數據的應用 至關重要。

1E 38 *

AI OBRE/ АЖФ*

SETH (HPC)

5G / 6G 3m 17

Meta Lens × 753х × → M T) CPO M7)7‡WШ@Т—8t

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BONE

/

外

*9mн3

HA CPO

C **0

EAHAX*

(800G / 1.6T / 3.2T+)

V HAEHHIXE

。

Yi-Hau, Shiau

Solc-bond

Si Carrier

EIC (N7)

TSMC Micro-Lens à Meta-Lens

MICI-S

H #| (FAU EZHRAERA

(ITFEETE) •

在高效能 運算 、 人 工 智慧 和資料中 心應 用 領域 對更高頻寬和更低 功 耗的 需 求 推動 下， 矽 光 子 技術 正迅 速 崛起 ， 成 為下一代資料傳 輸和 先 進 封裝 的 關鍵 技術。

在這 個生態 系中，M e t a L en s在光I / O 演 進中 扮演 著不可 取 代的 角色 。傳統的光耦合器 依賴 一 維 光纖陣列單元（ F AU）， 但 對多通 道、多波長和高密度 互 連 日益 增長的 需 求 正 在 推動 向 二維F AU結構的轉 變 。 未來 M e t a L en s 憑藉其超薄且 可 編程 的波前 控制 能 力 ， 完美地支持 了這種 幾何 結構的轉 變 ，從而提升了光纖耦合效率和光束 整形性 能。 使 用 ，

台積 電 和 英偉 達 共 同 開 發的 緊湊型 通用光 子引擎 （COUPE） 平 台 正 在重 塑 光 電整 合 格局 。 COUPE不僅 整 合了 先 進的 共封裝 光 學 元件（CPO） 架 構，還 建 構了一 個 可 擴展 、可量 產 的光 子整 合 框架 ， 涵蓋 光耦合、 封裝 和 材 料工 程等領域 。 勿 外 傳 。 (a) (b) Single metalens Single metalens Cascaded metalens (1.0 F) Cascaded metalens

Confidential

Confidential

客

戶

Yi-Hau, Shiau

Micro-lens 佔空間： 傳 統 微透鏡 受限於物理 光學 焦距 ，透鏡 本身必須具備 一定的 厚 度與 弧 度， 且 光 纖 陣列 （FA U ）與 晶 片之間 需要保留實 體 物理距離 （ 工作距離 ）。

Meta-lens 實現「薄膜化」： Meta -len s 是 完全平 面 的 薄膜結 構， 厚 度 僅 有 奈米級 。它能在極 短 的 距 離內完成 光 束聚焦 與 90 度 轉向 ， 讓 光纖 陣列 （FA U ） 可以更 緊 密 地貼 合 晶 片，大 幅壓縮封 裝 厚 度。

770um

Optical Path

Si lens

TSMC Micro-Lens à Meta-Lens

Confidential

。

Silicon Based Micro-Lens by Sony Semiconductor

77229119

Silicon Based Micro-Lens by Sony Semiconductor

F

戶

通 常 的 彩色 圖像感測 器是在各 像 素 的光電 二 極 管 上構 建紅 、 綠 、 藍 3 種 彩色 濾 光 片 ， 但 索 尼 的 多 光譜 圖像感測 器IM X 4 5 4在光電 二 極 管 上構 建 了 8 種 濾 光 片 ， 可 分 別 透 過不同 波 長的光線。通 常 的 多 光譜相 機內 置 稜 鏡 和 衍 射光 柵 等 分 光元件， 採 用 以 一定速度 移 動被 攝 體 或 相 機 進 行 拍攝 的 機 制， 因此 拍攝場 景 有限。 而 使用IM X 4 5 4的 話 ， 可以 和 普 通相 機 一 樣 ，一 次拍攝即 可 獲 取 二 維圖像 ， 適 用 於多 種 場景 。

•

在 圖像感測 器上 搭載 4向 偏 光元件 索 尼 的 偏 光 感測 器上 搭載 了4向 偏 光元件，單 次 自動 對 焦可 獲 取 4個方向的 偏 光 圖像 。 可 根據 各方向的 偏 光元件的 亮 度 值 計算 出 偏 光方向（光的 振 動 方向） 與 偏 光度（ 偏 光的程度）。 益 客

結 合後 段 的 信 號 處 理 ， 可 實 時 * 2 獲 取 偏 光 信息* 3 。 * 2 ) 依賴 於 後 段 系統的 信 號 處 理 能 力

• 3 ) 偏 光方向與 偏 光度

一 次拍攝即 可 獲 取 4 1 種 波 長的 圖像數 據 / 1

4

將 搭載 多 光譜 濾 光 片 的IM X 4 5 4和為 其 專 門 設計 的索 尼 自 研信 號 處 理 軟 件相 結 合，一 次拍攝即 可 通過 8 種 濾 光 片 獲 取 4 1 種 波 長（4 50 nm ～ 850 nm、 以 10 nm為單位 刻 度）的 圖像數 據 。這 樣 的高 分辨 率有 助 於 獲得 更加 詳 細的 信 息 ， 而 且 從 可 見 光到 近紅 外 光的 波 長 選 項 更加 豐富 ， 適 用 於多 種用 途 。 僅 供 5

Confidential

。

Yi-Hau, Shiau

1RI96

*ita

Silicon Based Micro-Lens by Sony Semiconductor

• 7170L>7

— OCCF

---

---

1.2

0.8

0.6

0.4

Confidential

•

通 過 採 用微透鏡技術， 改善可視角特 性 由 於從微透鏡中 射出 的光線 會 更 加平行 ， 因此具 有在正 面 方向可達 到 峰值 的 特 性。 該特 性 對 於 A R眼 鏡等 偏 光光學 系 統 及 光波導光學 系 統 來 說， 是非常具有 優勢的。 同時 ， 該特 性 還有助 於將相 鄰 的 彩色濾 光片 之 間的 干擾 降 至 最 小 程度， 產 生 如下圖所示 的 可視角改善 效 果 。從 斜向 進 行觀測 時 的 三刺激值偏 離 也變 得 很小 ， 具有改善偏色 的

效 果 。

■參考文獻

Youske Motoyama 等 DISTINGUISHED PAPERS, BEST OF DISPLAY WEEK2019 High-efficiency OLED microdisplay with microlens array

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Yi-Hau, Shiau

1.5

X2.24

ROMEO LAX

通 過 採 用微透鏡技術，提高 發 光效率 如圖所示 ， 通 過將微透鏡配置 在 像素內的OCCF（On Chip Color Filter：芯 載彩色濾 光片） 上 ， 來自發 光層 正 面 方向 的光線 出 光效率提 升 到傳統結構的 2.2 倍 。 在 A R眼 鏡等 需要具備 高 亮 度的應用中， 原理上會希望 能 夠 得到更 加 平行 的 出射 光線， 故這 項 發 光 特 性 對此來非常有利 。 此外 ， 在不需要 用到高 亮 度的應用中， 該 技術將 有助 於降低 功耗和延長 使用 壽命 。 用 ， 勿 外 傳

。

最大亮度提升到了10倍

通過 導入微透鏡技術 來提 升 亮 度 之 外 ， 還持 續 不 斷 地 採取 了 改 善 發光效率的 有效對 策 ，如下 圖所示 ， 分階段 地提高了最大發光 亮 度。

Confidential

。

HE R Micro-Lens Weit

Confidential

Meta-Lens 供應鏈發展趨於成熟，應用多元

Confidential

NILT / 1i 152

Asia Optical

超穎透鏡「量產」端業者深度比較表

量 產端 分為DU V/ EU V （高精度、高 成本 ） 與 NIL（大面積、低 成本 ） 兩 大陣 營 。

公司名稱	核心 量 產 技術	技術優勢	製程 規模	主要客戶	成 本 與 競爭力 。
VisEra ( 采鈺 )	12 吋 DU V 浸 潤 式微 影 整合 G eSi 鍺 矽技術與元 透鏡 於 單晶圓 。 球 最 大 晶圓級 光 學 代工廠 。	為全 12 吋 大規模	產線	AI資料中 心 、CPO模組 供 應 商	傳
合 聖 (AuthenX)	元 透鏡 輔助 CPO 耦 合技術	支 援 多 通道 可 拆卸 式 F AU與矽光 晶片耦 合。 對 位 容 忍 度達 ± 18μm（1d B損 耗 下 ）。	高 精 密 半導 體 光 學封裝	AI資料中 心 、CPO模組 供 應 商 ， 勿 外
UMC ( 聯 電)	40nm 製程 與 W o W鍵 合	透過 「 晶圓對晶圓 」 鍵 合縮 減 50%模組 體積 。 具 備 成 熟 12 吋 設 施 。	12 吋 大規模 產線 使 用	AI資料中 心 、CPO模組 供 應 商
ST ( 意法 )	300mm IDM 前 端製造	光 學 與 電路 在同一 晶圓 廠完 成，一致性極高。 全 球 首家 大規模 量產 元 表 面公司。 客 戶	12 吋 大規模 產線	Samsung、Xiaomi
NILT / 瑞儀	奈 米 壓 印 ( N IL) 垂直 整合	掌握 石英 主模 具 開發 與大面 積 壓 印 技術。 瑞 儀宣 稱已 成功 量產 。 群 益	垂直 整合 N IL 產線	A R / VR 品 牌 商
Asia Optical ( 亞 光)	直接 奈 米 壓 印 ( N IL) 1	採用 全無機 材料， 解決 聚 合 物受 熱 變 形 與變 黃 問題 ， 具 高 耐候 性。 4	-	L G IT、 車載 、 臉 部 辨 識
MetaOptics 5	DU V 微 影 與 自 動 化 測 試 /	提 供 從生 產 到 測 試 的一 體 化 解決 方 案 ，利用 台 灣供 應 鏈 縮短 開發 週 期。	政府試 產線 / 台 灣代工 夥伴	國 際 級 智慧 手 機 與 車 用 客 戶
MetaLenX ( 邁塔蘭斯 ) 供	DU V 量產 與 晶片 化設計	具 備 全 流程 設計 體系 ，主 打 自 主IP 國產 化， 提 供混 合 透鏡系 統。	國 內外 合 作 代工廠產線	手 機 、 車載 、 安防 系 統

僅

技術 差 異點： AI 與 矽 光子 (CPO) 應用高度 依賴 TSMC/ 采鈺 /ST 的 DU V 路 線 ， 因為對 位 精 度需達到 奈 米級 以 減少耦 合 損 耗 ； 而 AR/VR 市場 則 因 大面 積 與低成本需 求 ， 偏 好 NILT/ 亞 光/ 瑞儀 的 N IL 路 線 。

成本 結構：

DU V 路 線 的光 罩 成本（Mask Cost）高達數 百萬美 元，光 刻 成本 佔 40 ~ 55% ； N IL 路 線 則主要 貴 在主模 具 開發 ，但 後續 生 產 效率極高。

產 業地 位：

Metalen z 扮演類似 A R M 的 IP 授權角色； 采鈺 與 ST 則 鞏固 了 全 球 12 吋 專業 光 學 代工 的 壟斷 地 位。

Confidential

Yi-Hau, Shiau

REE (NIL)

FARA

FERA NIL AA

(Ma BAT) (422)

spin-coating

MetaOptics

(#77N42)

Tunoptix lift-off

EBL

metal evaporation etching

photolithography

Eart (Hybrid lens )

mask removal spin-coating

超穎透鏡「設計」端業者深度比較表

Si

SiO

photoresist cr

Al

Sony Semiconductor

設計 端的 差 異在 於 波 段 優化 與 IP 授權模 式 ，核心競爭 力 來 自於 對 奈米 光 柱 （Meta -atom s ） 排列 算 法 的 掌握 。

CMOS Metasurface

CMOS Metasurface

CMOS Metasurface

公司名稱	技術 說 明與定位	技術 差 異點	核心製程路 徑	主要 客戶／ 應用 勿	競爭力
Metalen z ( 美國 )	擁 有 哈佛 大 學 Capasso 實 驗 室 基 礎 專 利 獨家 授權 。	專 精 於 偏 振 敏感 （Polari z ation） 感 測 ， 開發 Polar ID方 案 。	DU V (300mmCMOS相 容 ) 用	，	Mask成本極高，但適合大 規模 商 用。
NIL Technology (NILT) ( 丹麥 )（ 台灣 ）	專注 於高效率（94%）超 穎 表 面元件設計。	垂直 整合 N IL 產線 ， 擅 長大 面 積 A R波 導 設計。	奈 米 壓 印 ( N IL) 戶 使		模 具 開發 昂 貴 ，但 單 次 壓 印 成本極低。
MetaLenX ( 邁塔蘭斯 ) ( 中國 )	具 備 全 流程 設計 體系 ，主 打 自 主IP 國產 化。	針 對 ADAS 前向 視 角開發混 合 系 統（Hybrid Lens）。 益 客	DU V 量產 與 晶片 化		主 打 超大規模 量產 以 攤 提 開 發 成本。
MetaOptics ( 新加坡 )	提 供 圓形 與 矩 形 超 穎 透鏡 ， 優 化 像素 區 域 。	可在 玻璃 基板上 直接 製造 ， 具 備 3000 萬 顆 年產 能 潛 力。 群	40/45nm DU V 浸 潤 式微 影		利用 新 加 坡政府試 產線 降低 初 期 投 資。
Tunoptix ( 美國 )	開發 突破性元光 學平台 ， 優 化 動 態 控制 。 1 4	專注 於 軟硬 體 協 同 開發 的光 學平台 。	-		研發導 向 成本。
2Pi Optics ( 美國 )	平 面元光 學 設計 商 。 /	專注 於 全平 面光 學解決 方 案 。	CMOS Metasurface		試 產 階 段 成本較高。
Sony Semiconductor ( 日本 ) 供 5	矽基光 學晶片 與元光 學 設計。	專注 於超 穎表 面光 學晶片 研 發 。	CMOS Metasurface		末 期 研發 階 段 。
与 光 科 技 (Seetrum) ( 中國 ) 僅	頻譜 感 測 與元光 學 設計。	擅 長頻譜分 析 與微 型 化 感 測 設計。	CMOS Metasurface		模組化成本 優 勢 。
維悟 光子(Wave Photonics)、Na j ing、 Metarosetta	專 精 於矽光子與元光 學路由 設計。	針 對 CPO 與Optical I/O提 供奈 米結 構 優 化。	CMOS Compatible		與 F oundry 協 同設計以降低 整合成本。

Confidential

外

(14 EI)

NTT-AT

1- 1

( Aspect Ratio) • JE#

超穎透鏡「材料」端業者深度比較表

Sanyo Chemical

• 材料 端的關鍵在 於 高 折射 率（ H ighR I）熱穩定性 ，以利 於奈米壓印 製程或 承受 半導體 後段 高 溫回銲 。

Solnil

。

傳

Yi-Hau, Shiau

公司名稱	技術 說 明與主 打材料	技術 差 異點	適 用製程	終端 應用	成本 與 特 點 外
Inkron ( 芬蘭 )	高 折 射 率 樹脂 （ R I 可達1.7 ~ 1.9）。	被 瑞儀 收購 ， 專 供 A R 繞 射波 導 材料。	N IL、 噴墨 列 印 (Ink j et)	A R / VR 玻璃 、 車 用。 用 ， 勿
Pixelligent ( 美國 )	Pix N IL 系列 高 折 射 率 奈 米 複 合材料。	提 供 大 製程 窗 口 ， 減少反 射損 耗。	U V-N IL 戶 使	延展實 境 (X R ) 顯 示器 。
DELO ( 德國 )	K ATIO B O N D OM614 等U V 硬 化 環 氧樹脂 。	硬 度與 脆 性 平 衡 極 佳 ，可 承受 260 ° C 回 銲 。 益 客	永久 性 N IL、 W LO	車 用 照明 (MLA)、微 型 投 影 機 。
NTT-AT ( 日本 )	U V 壓 印 高 折 射 率 樹脂 。 / 1 4	旨 在降低 奈 米 柱深 寬 比 （Aspect R atio），提升 結 構 穩定 。 群	U V-N IL	A R波 導 、元 表 面元件。
Sanyo Chemical ( 日本 ) 僅 供 5	光 學級 功能性材料。	提 供 特 殊 光 學單體 與 聚 合 物 材料。	資訊不 詳	消費 性 電 子材料。
Solnil ( 法國 )	奈 米 壓 印 專 用 溶液 。	專注 於 溶液 型N IL材料 研 發 。	N IL	機器 人 、A R感 測 器 。

Confidential

EXE NIL • WLO

UV-NIL

PixNIL® Micro-Optics for 3D sensing and 3D Display Applications

Pi xN I L® 微光學器件 適 用 於 3D 傳 感 和 3D 顯 示應用

群

用

，

傳 。

(30 - 50 um)

IHE

(An)

tÁò +8X / ĐAHF

0.1 ~ 2.5 (152 0.5 ~ 1.8),

采X的製程能力：用於寬頻光能量收集的錐透鏡超穎透鏡

‡ IE T)AE

KE F IM FA

)

10т-3т

項目	技術參數/說明
結構 類型	多層堆疊層 （至 少 兩 層以 上） ,
折射 率 差 ( Δ n)	0.1 ~ 2.5 ( 優 選0.5 ~ 1.8 ) ,
厚 寬比(A R )	< 10 (提 升 量 產可行性 ) ,
總 高度	< 1 , 000奈米 ( 1 μ m)
校正功 能	相位 校 正、 像差 校 正（如 球 面像差 、 色散 ）
應用位置	微透鏡 下方 或感測 器上方 10μ m ~ 3 mm 處,

=高透光率結構設計=

戶

錐 透鏡（A x icon） 超穎 透鏡結構 : 提出了一種特 殊 的超 穎透鏡設計 ，用 於取 代傳統的「 白 （ W ）」 像 素區域 。 群 益

客

結構組成： 由 中 心 的一個大 型 圓 盤 （Central Disc） 與 周圍 環 繞 的 不同 直徑奈米 光 柱 （Nanoposts）組 成 。 / 1 4

： 供

傳統 Bayer 濾 光片的 缺陷 5

傳統的 彩色濾 光 片 （如 R G B 陣列）是 透 過「 吸 收 」 或 「 反 射」 掉 不需要的 光 波 來 獲 取 色彩 資 訊，這 會 導 致 高 達 三分之二 的 入 射光 被 白白浪費 。 僅

Confidential

(a)

使

用

，

(b)

勿

外

傳

Color filter array

Yi-Hau, Shiau

。

超穎透鏡（ M eta-lens） 重點：

1. 光學技術的數位化與 半 導體化轉 型

在台積電（TSMC）的 COUPE 平台 藍 圖 中，超 穎透鏡 是突破 1.6 T 邁 向 12.8 T 傳輸速度的關 鍵 。 它解決 了傳統 微透鏡 （Microlens）在高密度 2D FAU（光纖陣列） 空 間 不 足 、對位 精 度要求極高 以 及 耦 合 損 耗（Insertion Loss）等 問題 ，是實現高效能 AI 資料 中 心 光學互連的終 局 方 案 。 3. 重塑發 光 元件 效率： 解決 VCSEL 與 Micro-LED 發散痛點 超 穎透鏡透 過 精準 的 奈米 相位 控 制，從 物 理 底 層解決 了光 源 的 先天缺陷 ： Micro-LED： 捕捉 極 端 朗伯 源（Lambertian） 的大 角 度 散 射光， 偏 轉 效率 可達 80% 以 上，是 輕 量 化 A R 眼 鏡 與 裸眼 3 D 顯示 的 技術核心 。 4 . 製程路線 決定 商用 競爭力 ：DUV vs. NIL 使 用 ， 勿 外

它 不 再依賴 透鏡厚 度 產生 的光程 差 ， 而 是利用 平 面 基板上 的 奈米級 結構（Meta-atoms） 進 行 波 前 工 程， 直接 對光的相位、 振 幅 與 偏振 進 行 「 數 位 化 」 調 控 ，實現極 致 的平 面化 與 微 型 化 。 2. 次 世代 AI 算力 與矽光子（CPO）的 核心基石 傳 。

DUV + 微 影 製程路線： 具備 奈米級 對位 精 度， 雖然 光 罩 成 本極高， 但 最 適 合需要高 精 度 耦 合的 AI 矽光子與 CPO 應 戶

用。

奈米壓印

。

（NIL）路線： 設 備 成 本低 且 適 合大 面 積 生產 ，是 A R /V R 波導片與 消費 電子 追 求低 成 本大量 產 的最 佳 選 擇 客

M icroL ED 在光 通訊領域重點：

1. 極致 低 功耗 與高 耐溫 性：AI 算力 中 心 的 救星

2. 矽光子封裝與 超穎 透鏡 (Meta-lens) 的技術 突破 /

益

相 較 於 傳統雷射（VCSEL / 矽光子）方 案 ， Micro-LED 鏈 路能 耗小 於 1 p J /bit（ 僅 為 其 1/5）， 且 最高 運 作 溫 度 可達 150 ° C。 這使 其 能 直接 部 署 在 發 熱 量 巨 大的 G PU 或 H BM 旁 進 行 「光子 橋 接 」，有效 解決 AI 伺 服器 因 銅 纜 長度 受 限 而導 致 的 散 熱 與 佈 線 難題 。 1 4

為 解決 光纖與晶 片間 極 其 嚴苛 的對 準 問題 ， 合 聖 (AuthenX) 研 發的 Meta -lens 技術 能提 供 ± 18 μ m 的機 械 容 差 ，是 CPO 商 用 化 的關 鍵 。同 時 ， 奇 景 光電 與 采鈺 憑藉 成熟 的 WLO（晶 圓級 光學） 與 12 吋 半導 體光學製程， 成 為台積電 COUPE 平台的重要元件 供應 商 。 供 5

技術 趨勢 正 邁 向 ASIC 與 GaN 的單晶整合 (Monolithic Integration) ，利用 G aN 晶圓 直接作 為光學中 介層 （Optical Interposer） 並 兼 作 光波導 。 透 過台積電的 COUPE 3D 封裝 平台 ， 運算 晶 片 與光電組件能 以 極 短 距 離 連 接 ， 達成 低 於 1 奈 秒 的傳輸 延遲 。

3. 單晶整合與 3D 封裝 實現極 短距互連 僅

4 . 2028 年 ：Micro-LED 從 顯示 轉 向通訊 的 元年

產 業預期 2028 年 後將是 技術 從實 驗室走 向 產 業 化 的關 鍵 轉 折 。 隨 著 NVIDIA、微 軟 、 聯發科 等 巨 頭 的加 入 ， 以 及 錼創 、 富采 等台廠在通訊 級 晶 粒 的 產 能 佈局 ，Micro -LED 已 不 再 僅 是 顯示技術 ， 而 是支 撐次世 代 AI 超 級 電 腦 互連架構的 核心 物 理 基礎。

Confidential