盧頎╱北美智權報 編輯部
隨科技快速發展，晶片設計技術正面臨前所未有的挑戰。國家科學及技術委員會於5月13日召開記者會宣布，在國科會「關鍵新興晶片設計研發計畫」支持下，由國立清華大學電機工程學系副教授彭朋瑞、謝秉璇，以及電子工程研究所副教授劉怡君及國研院台灣半導體研究中心博士林銘偉所共同組成的研究團隊，成功開發「四階脈衝振幅調變（Pulse Amplitude Modulation, PAM-4）傳收機」。該技術結合共封裝光元件（Co-packaged Optics, CPO）模組，單通道傳輸速率可達100 Gb/s，有望取代傳統插拔式（Pluggable Module）進行光電轉換的傳輸架構，滿足更高傳輸速率與更低功耗的需求。
創新PAM-4技術：效能躍升，成本大幅降低
彭朋瑞指出，PAM-4傳收機係透過將傳送訊號由傳統2種振幅提升至4種不同可能的振幅輸出，以提高訊號承載資訊量，進而有效提升資料傳輸速率。然而，為準確解調4種不同振幅訊號，接收端電路架構相對複雜。對此，研究團隊提出創新的PAM-4接收機設計，其核心概念為善用低解析度類比數位轉換器，以實現高速資料的取樣與解調。
此技術能有效降低整體功率消耗，相較於國外各大高速晶片公司於100 Gb/s傳輸率下使用7奈米（nm）以下的製程，可在28奈米（nm）製程下即能實現性能相當的傳收機電路。而此架構特性改良外，晶片加入多項自我校正功能，能抵抗晶片在不同溫度下以及因量產所造成的誤差，維持穩定、一致的效能，提升實際量產與應用之可行性。
布局矽光子：CPO模組翻轉傳統傳輸架構
彭朋瑞更指出，除PAM-4傳收機設計外，團隊亦以100 Gb/s電傳收機晶片為核心，結合矽光子載板上之高速光電轉換元件，透過異質整合的封裝技術，成功開發出CPO模組，實現CPO模組需要高速矽光子載板開發。矽光子技術是利用矽晶片製作光學元件，使光訊號能於晶片上進行傳輸與處理的技術。與傳統插拔式光模組相比，CPO模組能夠實現高度積體化的設計，縮減系統傳輸距離，有效提升頻寬及降低功率消耗。
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Pluggable Module |
CPO |
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| 核心架構 | 模組內建DSP晶片與離散光元件組成 | 透過矽光子載板集成光元件，並與電傳收機晶片組成 |
| 體積 | 大 | 小 |
| 耗電程度 | 高 | 低 |
| 延遲 | DSP處理導致延遲高 | 電傳收機延遲低 |
| 部署靈活性 | 可任意插拔使用，靈活性高 | 封裝一體化，靈活性較低 |
| 成本 | 低 | 高 |
| 支援速率 | 100G / 400G / 800G | 800G / 1.6T / 3.2T / 6.4T |
| 潛力分析 | 技術成熟，但速率越提升，系統耗電量會急速增大 | 將主導未來1.6T以上的速率應用 |
表1. 插拔式模組（Pluggable）與CPO比較；資料來源：《晶片傳輸大突破！成功開發「四階脈衝振幅調變（PAM-4）傳收機」》記者會簡報；由北美智權報／盧頎製表
彭朋瑞強調，相較於傳統電子訊號，光訊號具有更高頻寬與更低功耗，特別適合高速資料傳輸與人工智慧資料中心應用。透過整合光調變器、光偵測器與電子電路，可實現高速光電整合晶片與先進封裝系統。目前研究團隊已開發矽基微環調變器（Micro-Ring Modulator, MRM）達100 Gbps電光轉換，並整合頻寬大於50 GHz的高速光偵測器。
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112 Gb/s共封裝光元件系統板 |
112 Gb/s傳收機對傳板 |
112 Gb/s傳送機 |
圖2. 《晶片傳輸大突破！成功開發「四階脈衝振幅調變（PAM-4）傳收機」》記者會中展示的PAM-4傳收機元件；攝影：北美智權報／盧頎
專利成果豐碩 強化我國半導體競爭力
矽光子技術被視為下一代高速運算的關鍵，尤其在人工智慧（AI）資料中心領域具備巨大潛力。該團隊針對此計畫所開發之關鍵技術已取得6件美國發明專利及8件中華民國發明專利。
研究團隊也表示，計畫執行期間已衍生多項產學合作，顯示該技術已具備高度產業實用價值。未來將持續推動技術落地，協助台灣產業在全球高速通訊與矽光子市場中占據戰略領先地位。
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