Yole：硅光市場(chǎng)正蓬勃發(fā)展 未來(lái)五年CAGR超40%

  ICC訊 硅光子市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展，復(fù)合年增長(zhǎng)率超過(guò)40%，如果薄膜鈮酸鋰（TFLN）技術(shù)能夠達(dá)到成本和性能目標(biāo)，其快速擴(kuò)張只會(huì)進(jìn)一步加速。

  硅光子學(xué)廣泛的應(yīng)用前景預(yù)示著巨大機(jī)遇

  自1985年誕生以來(lái)，硅光子學(xué)已經(jīng)從早期的高約束波導(dǎo)發(fā)展成為一種多功能技術(shù)，集成了基于CMOS材料的設(shè)計(jì)和封裝，在收發(fā)器市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。盡管現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用，硅光子學(xué)仍在迅速發(fā)展中，并且應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在接下來(lái)的十年里，雖然行業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)整合，但是廣泛的應(yīng)用潛力將繼續(xù)推動(dòng)增長(zhǎng)。

  在滿足數(shù)據(jù)中心需求方面，尤其是在人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)的作用至關(guān)重要，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的處理器架構(gòu)面臨著物理限制。硅光子學(xué)支持的高速通信對(duì)于加快計(jì)算速度至關(guān)重要。帶寬需求的增長(zhǎng)不僅推動(dòng)了硅光子學(xué)的進(jìn)步，也促進(jìn)了薄膜鈮酸鋰技術(shù)的發(fā)展，從而增強(qiáng)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），為需要大規(guī)模可擴(kuò)展性的應(yīng)用提供了靈活平臺(tái)，特別是在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，中國(guó)企業(yè)正嶄露頭角成為新的領(lǐng)導(dǎo)者。由于硅的穩(wěn)定性能，電信是另一個(gè)大批量應(yīng)用領(lǐng)域。除此之外，光學(xué)LiDAR、三維集成、量子計(jì)算、光學(xué)陀螺儀乃至醫(yī)療光子學(xué)都具有巨大的潛力，盡管某些應(yīng)用仍面臨技術(shù)和監(jiān)管挑戰(zhàn)。硅光子學(xué)向可見(jiàn)光譜領(lǐng)域的擴(kuò)展可能在未來(lái)解鎖更多創(chuàng)新用途。

  2023年，硅光子集成電路（晶圓片）市場(chǎng)價(jià)值為9500萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2029年將以45%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)至超過(guò)8.63億美元。這一增長(zhǎng)主要由用于增加光纖網(wǎng)絡(luò)容量的高數(shù)據(jù)速率可插拔模塊驅(qū)動(dòng)。此外，隨著訓(xùn)練數(shù)據(jù)集規(guī)模的迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)的數(shù)據(jù)處理將需要借助光來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)在機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)器中采用光輸入/輸出技術(shù)來(lái)擴(kuò)展機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

  集成技術(shù)平臺(tái)競(jìng)速實(shí)現(xiàn)高速光通道

  向更高通道速率邁進(jìn)

  預(yù)計(jì)到2026-2027年，單通道速率將過(guò)渡到200G，這一轉(zhuǎn)變是由下一代AI集群和云數(shù)據(jù)中心的需求所推動(dòng)的。這種變化基于400G/通道激光器及其他組件的持續(xù)發(fā)展，這將為每端口以太網(wǎng)速度達(dá)到3.2T甚至更高的路徑鋪平道路。

  具有競(jìng)爭(zhēng)力的集成材料技術(shù)平臺(tái)

  高速光通信的未來(lái)在于三大主要材料平臺(tái)：

  絕緣體上硅（SOI）：為了支持400G/通道，先進(jìn)的電光（EO）調(diào)制器材料對(duì)于SOI來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，但這會(huì)增加復(fù)雜性和成本。將SOI與薄膜鈮酸鋰（TFLN）或鈦酸鋇（BTO）等材料結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)高帶寬，但成本較高，預(yù)計(jì)到2032-2033年左右才會(huì)具備經(jīng)濟(jì)可行性。SOI上的TFLN調(diào)制器可能是短期解決方案，不過(guò)存在鋰污染和集成良率方面的挑戰(zhàn)。一個(gè)廣泛的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正在致力于提升基于SOI的硅光子技術(shù)。

  絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）：LNOI的薄膜結(jié)構(gòu)提供了更好的模式限制和更低的驅(qū)動(dòng)電壓，使其非常適合線性可插拔光學(xué)（LPO）、線性重定時(shí)光學(xué)（LRO）和相干lite光學(xué)等超高帶寬應(yīng)用。盡管初期成本高且大規(guī)模生產(chǎn)有限可能是障礙，但TFLN是2027-2028年有望實(shí)現(xiàn)的3.2T可插拔模塊的關(guān)鍵材料。

  磷化銦（InP）：InP通過(guò)在芯片上集成諸如激光器和放大器等有源光子元件而表現(xiàn)出色，減少了組裝復(fù)雜性，盡管目前成本較高且生產(chǎn)受限。到2029年，InP可能成為SOI和LNOI的強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，尤其是在相干lite應(yīng)用方面。Infinera、Lumentum、Smart Photonics、Effect Photonics和Bright Photonics等公司正在InP PIC技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。

  展望

  數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于可擴(kuò)展、節(jié)能且成本效益高的光解決方案的需求，為SOI（TFLN、BTO和聚合物）、LNOI和InP平臺(tái)之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)奠定了基礎(chǔ)。每個(gè)平臺(tái)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，塑造著IM-DD或相干lite可插拔模塊的未來(lái)，并影響著更廣泛的光通信格局。