北京時間11月12日消息(水易)近日,市場研究機構(gòu)YOLE Group表示,硅光子市場正在蓬勃發(fā)展,年均復(fù)合增長率超過40%,如果TFLN(薄膜鈮酸鋰)技術(shù)在成本和性能方面達到平衡,其快速擴張的速度只會更快。
硅光應(yīng)用前景可觀
自1985年問世以來,硅光子已發(fā)展成為一種通用技術(shù),整合了基于CMOS的材料、設(shè)計和封裝,從而在光模塊市場占據(jù)主導(dǎo)地位。盡管目前已得到廣泛應(yīng)用,但硅光子仍在快速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。在未來十年,行業(yè)整合很可能會發(fā)生,不過其廣泛的潛在用途仍將持續(xù)推動其增長。
由于基于處理器的傳統(tǒng)架構(gòu)面臨物理限制,硅光子技術(shù)在滿足數(shù)據(jù)中心需求(尤其是AI和ML)方面的作用至關(guān)重要。硅光子技術(shù)實現(xiàn)的高速通信是支持更快計算的關(guān)鍵。不斷增長的帶寬需求不僅推動了硅光子技術(shù)的進步,也推動了鈮酸鋰薄膜技術(shù)的發(fā)展,從而提高了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)容量。
光子集成電路,特別是絕緣體上硅(SOI)和絕緣體上鈮酸鋰(LNOI),為具有大容量可擴展性的應(yīng)用提供了多功能平臺,特別是在數(shù)據(jù)中心方面,中國公司正在成為新的領(lǐng)導(dǎo)者。另外,由于硅的性能穩(wěn)定,電信是另一個大批量應(yīng)用領(lǐng)域。
除此以外,光學(xué)激光雷達、3D集成、量子計算、光學(xué)陀螺儀,甚至醫(yī)療光子學(xué)都具有巨大的潛力,盡管有些應(yīng)用面臨技術(shù)和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)。未來,硅光子向可見光譜的延伸可能會帶來更多創(chuàng)新應(yīng)用。
2023年硅PIC(芯片)市場價值為9500萬美元,預(yù)計到2029年將超過8.63億美元,復(fù)合年增長率為45%(CAGR 2023-2029)。推動這一增長的主要因素是用于提高光纖網(wǎng)絡(luò)容量的高數(shù)據(jù)速率可插拔模塊。此外,對快速增長的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集規(guī)模的預(yù)測表明,數(shù)據(jù)將需要在ML服務(wù)器中使用光學(xué)I/O來擴展ML模型。
中國是主要參與者
硅光子產(chǎn)業(yè)格局正在圍繞不同參與者形成:積極參與硅光子產(chǎn)業(yè)的主要垂直整合參與者(如Innolight、Cisco、Marvell、Broadcom、Coherent、Lumentum、Eoptolink);
初創(chuàng)企業(yè)/設(shè)計公司(如Xphor、DustPhotonics、NewPhotonics、OpenLight、POET Technologies、Centera、AyarLabs、Lightmatter、Lightelligence、Nubis Communications);
研究機構(gòu)(如加州大學(xué)伯克利分校、哥倫比亞大學(xué)、斯坦福工程學(xué)院、麻省理工學(xué)院);
代工廠(如Tower Semiconductor、GlobalFoundries、Intel、AMF(Advanced Micro Foundry)、imec、TSMC、CompoundTek);
以及設(shè)備供應(yīng)商(如Applied Materials、ASML、Aixtron、ficonTEC、Mycronic Vanguard Automation、Shincron)。所有這些參與者都為顯著增長和多元化做出了貢獻。
許多初創(chuàng)企業(yè)正在推進硅光子技術(shù),瞄準高速光模塊、光互連和激光雷達等特定領(lǐng)域。大學(xué)和研究機構(gòu)是重要的貢獻者,經(jīng)常與行業(yè)伙伴合作推動創(chuàng)新。代工廠通過提供制造、工藝開發(fā)和商業(yè)生產(chǎn)能力,擴大硅光子技術(shù)的應(yīng)用范圍。設(shè)備供應(yīng)商發(fā)揮著關(guān)鍵作用,提供生產(chǎn)高性能光器件所需的精密工具。
中國在硅光子領(lǐng)域取得了顯著進展,正在縮小與西方公司的差距。同時專注于國內(nèi)創(chuàng)新,并加快高速光通信產(chǎn)品的研發(fā),這一進展使中國成為該領(lǐng)域的主要參與者。
旭創(chuàng)科技是光模塊領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,擁有先進的硅光子技術(shù),為數(shù)據(jù)中心和人工智能應(yīng)用提供高速光模塊,計劃在2024年出貨300萬個硅光模塊。華為正在將硅光子納入數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò),并與學(xué)術(shù)界合作將該技術(shù)商業(yè)化。其他中國公司,包括Xphor(羲禾科技)、Centera Photonics、光迅科技、仕佳光子、新易盛和海信寬帶等正在努力改進高速硅光子解決方案。
三種材料平臺之爭
到2026-2027年,在下一代人工智能集群和云數(shù)據(jù)中心的推動下,預(yù)計將過渡到每通道200G的速度。這一轉(zhuǎn)變建立在400G/lane激光器和其他組件的持續(xù)開發(fā)基礎(chǔ)之上,這將為實現(xiàn)極高的單端口以太網(wǎng)速度(3.2T甚至更高)開辟一條道路。
與此同時,面向未來的高速光通信,主要有三種材料平臺:
絕緣體上硅(SOI):先進的電光(EO)調(diào)制器材料對于SOI支持400G/通道至關(guān)重要,不過也增加了復(fù)雜性和成本。將SOI與薄膜鈮酸鋰(TFLN)或鈦酸鋇(BTO)等材料集成可以實現(xiàn)高帶寬,但成本高昂,預(yù)計在2032-2033年左右具有經(jīng)濟可行性。SOI上的TFLN調(diào)制器可能是一個短期的解決方案,盡管存在鋰污染和集成成品率的挑戰(zhàn)。一個廣泛的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正在努力增強基于SOI的硅光子技術(shù)。
絕緣體鈮酸鋰 (LNOI):LNOI的薄膜結(jié)構(gòu)是線性可插拔光學(xué)器件(LPO)、線性重定時光學(xué)器件(LRO) 和相干光學(xué)器件等超高帶寬應(yīng)用的理想選擇。Hyperlight、Liobate、AFR和Ori-chip 等主要廠商已開發(fā)出TFLN光子集成電路(PIC),與 SOI 競爭。雖然初期成本和有限的產(chǎn)能可能會成為障礙,但TFLN是預(yù)計在2027-2028年實現(xiàn)3.2T可插拔模塊的關(guān)鍵材料。
磷化銦(InP):InP 擅長在芯片上集成激光器和放大器等有源光子元件,降低了組裝復(fù)雜性,但目前成本較高,產(chǎn)量有限。到2029年,InP可能成為SOI和LNOI的有力競爭者,尤其是在相干光應(yīng)用方面。Infinera、Lumentum、Smart Photonics、Effect Photonics和Bright Photonics等公司在InP PIC技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)對可擴展、高能效和高成本效益的光學(xué)解決方案的需求為SOI(TFLN、BTO 和聚合物)、LNOI和InP平臺之間的激烈競爭創(chuàng)造了條件。每種平臺都具有獨特的優(yōu)勢和挑戰(zhàn),塑造了IM-DD或相干可插拔模塊的未來,并影響著更廣泛的光通信領(lǐng)域。
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