Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits 2024
据麦姆斯咨询介绍，英国知名研究公司IDTechEx在这份最新发布的硅光子和集成光路（PIC）主题研究报告中全面探讨了该领域主要厂商、新兴材料（如薄膜铌酸锂和钛酸钡）以及新应用（如人工智能），提供了2024年~2034年期间的10年期市场预测。本报告还讨论了可编程光子学、光子量子计算机以及共封装光学器件等新兴技术。
集成光路概念
硅光子和集成光路有哪些优势和挑战？
集成光路，或称为光子集成回路，是由二氧化硅（玻璃）、硅或磷化铟（InP）等材料制成的微型光学系统。集成光路可以实现从“在一颗糖果大小的封装中发送/接收数十亿比特信息的复杂光通信模组”，到“检测空气中不同化合物及分子的‘电子鼻’”、“探测障碍物距离的激光雷达（LiDAR）”等各种具有先进功能的系统。
通过利用CMOS芯片领域数十亿美元的现有投资，集成光路能够释放超越摩尔定律的新处理扩展潜力。然而，集成光路市场仍面临着材料限制、集成复杂性和成本管理等重大挑战。需要更大的市场需求才能抵消设计和制造集成光路的初期成本，而且，其生产交付周期可能长达数月。这份新的集成光路报告对该市场进行了深入研究，并将面向人工智能（AI）的光子收发器确定为新兴的细分市场，该市场预计将很快成为集成光路最大的需求来源。
集成光路关键应用
未来的集成光路材料
未来的集成光路材料种类繁多。目前市场上大多数集成光路都采用硅和硅基集成光路进行光传输，但硅作为一种间接半导体，并不是一种高效的光源或光电探测材料。因此，硅通常与III-V族材料结合用于光发射（光源）和光探测（探测器）。硅的市场主导地位仍将继续，但薄膜铌酸锂（TFLN）凭借其适中的波克尔斯效应和低材料损耗，正在成为量子系统及未来潜在高性能收发器等需要高性能调制应用的有力竞争者。单晶磷化铟（InP）由于具有探测和发射光的能力，仍将是主要的应用材料。此外，钛酸钡（BTO）和稀土金属等创新材料在量子计算和其它尖端应用中的潜力也在不断探索之中。
AI将如何影响硅光子和集成光路市场需求
AI的兴起，激发了对能够支持AI加速器和数据中心高性能收发器的空前需求。硅光子和集成光路能够以1.6 Tbps甚至更高的速度传输数据，因此走在了这场变革的前沿。正如英伟达（Nvidia）最新Blackwell CPU（根据IDTechEx的研究，每个GPU大约需要两个800G收发器）所展示的那样，对高效、高带宽通信的需求对于AI而言正变得越来越重要，这也将硅光子和集成光路定位为“AI驱动的未来”中不可或缺的组件。因为更高性能的AI加速器需要更高性能的收发器，因此AI将是集成光路收发器发展的最大驱动力，预计到2026年市场上将出现3.2 Tbps收发器。
未来有哪些应用？
硅光子和集成光路的其它应用很丰富，从高带宽芯片到芯片互连，再到先进封装和共封装光学器件，这些技术为下一代计算铺平了道路。
数据通信应用的集成光路收发器市场关键厂商（样刊模糊化）
光子引擎和加速器：利用某些光子元件（如马赫-泽恩德干涉仪），通过电光互连来控制这些元件，可以设计并制造高性能处理器和可编程集成光路器件，从而实现比单独使用电子加速器更高的性能。
基于集成光路的传感器：某些集成光路材料（如氮化硅）可用于各种不同的传感器，从气体传感器和“电子鼻”到激光雷达、惯性传感器等。基于集成光路的调频连续波（FMCW）激光雷达可应用于无人机和自动驾驶汽车，有望变革汽车和农业应用。医疗保健传感器行业也可以利用集成光路器件微型化的优势，将其应用于即时诊断或可穿戴设备，例如用于血糖监测的手表。
量子系统：投资于离子阱和光子量子计算的厂商正在寻求利用集成光路来实现更加稳定且可扩展的量子系统。挑战在于实现量子计算所需要的光子精确控制。
主要受益于AI和5G市场收发器的需求增长，预计集成光路市场到2034年将增长2.4倍。
在AI和数据通信收发器需求激增的推动下，硅光子和集成光路市场正经历强劲的需求增长。英特尔/捷普（Intel/Jabil）、高意（Coherent）和英飞朗（Infinera）等业内主要厂商都在其收发器中积极应用集成光路。旭创（Innolight）是一家总部位于中国的收发器公司，其最新收发器的传输速度在2023年底达到了1.6 Tbps，将于2024年面向数据中心应用开始出货。Coherent拥有自己的InP晶圆厂，也在为1.6 Tbps以上应用开发更高性能的收发器。根据IDTechEx的分析，英特尔硅光子（Intel Silicon Photonics）有可能被Jabil收购，该公司在2023年售出了约170万个集成光路，并在继续开发数据通信和电信收发器。IDTechEx预测，集成光路技术将继续主导高性能收发器市场，进一步巩固其作为现代技术领域关键组件的重要地位。
基于集成光路的收发器的发展路线图
本报告详细介绍了硅光子和集成光路领域的最新创新、关键技术趋势、整个价值链分析、主要厂商分析以及细分的市场预测。
本报告覆盖的主要内容：
摘要
- 硅光子简介、重要概念及技术背景
- 集成光路（PIC）重要概念
制造和材料
- 讨论、对比分析SOI、SiN、InP、TFLN、BTO、聚合物和稀土金属等关键材料，关键厂商以及初创企业。
应用
- 用于数据中心高性能收发器的集成光路
- 用于器件内互连的集成光路
- 先进封装和共封装光学器件
- 混合集成：共封装光学器件
- 面向人工智能和神经形态计算的光子引擎和加速器
- 用于量子计算的集成光路
- 基于集成光路的传感器
市场预测
本报告包括基于与业内专业人士的交流、对关键厂商（如Nvidia、Coherent、Infinera等）的访谈和分析，以及IDTechEx在数据中心、5G、自动驾驶汽车和激光雷达领域的专业积累，提供了细分的10年期市场预测。
若需要购买《硅光子及集成光路（PIC）技术及市场-2024版》报告，请联系麦姆斯咨询王懿，邮箱：wangyi#memsconsulting.com（#换成@）