Yole：2027年全球硅光子芯片市場將達10億美元

  ICC訊  隨著摩爾定律逐漸變緩，硅光技術是延續(xù)摩爾定律的發(fā)展方向之一。目前硅光技術已經發(fā)展到了第二個階段。在制造工藝上，光子芯片和電子芯片雖然在流程和復雜程度上相似，但光子芯片對結構的要求不像電子芯片那樣嚴苛，一般是百納米級。這大大降低了對先進工藝的依賴，在一定程度上緩解了當前芯片發(fā)展的瓶頸問題。

  法國半導體市場研究公司Yole Group發(fā)布硅光子報告稱，2027年用于數據通信的光模塊市場份額將從目前的20%提高到30%，以36%的復合年增長率從2021年的1.51億美元增長到2027年的9.72億美元。

  數據中心收發(fā)器將成為2021年和2027年按應用劃分的硅光子芯片銷售的最大部分，預計將以22%的復合年增長率增長。2021年，其他應用包括長距離收發(fā)器、5G收發(fā)器、生物技術領域(免疫測量等)、光纖陀螺儀等。到2027年，光子處理、消費者健康、光互連等新應用有望出現包含轉換電信號和光信號的電路單元“光子引擎”的聯合封裝引擎將會增長。

  此外，查看截至2022年光收發(fā)器的硅光子供應鏈，流程將是設計、SOI基板、外延片、代工廠、收發(fā)器和系統(tǒng)，如富士通和NEC等。

  2021年收發(fā)器系統(tǒng)市場，以排名來看，英特爾占有58%的份額，英特爾位居榜首，其次是思科、Marvell/Inphi、德國Sicoya、美國Acacia。

  英特爾研究硅光技術20多年，2016年將硅光子產品100G PSM4投入商用100G PSM4和100G CWDM4硅光模塊已累計出貨超400萬只，200G FR4及400G DR4正在研發(fā)。思科于2012年、2019年收購Lightwire、Luxtera(硅光市占率35%)及Acacia公司，Luxtera曾研發(fā)世界第一款CMOS光子器件，為最早推出商用級硅光集成產品的廠商之一，2015年發(fā)布100G PSM4硅光子芯片;Acacia 400G硅光模塊方案主要是將分離光器件集成為硅光芯片的基礎上再與自研DSP電芯片互聯，最終外接激光器進行封裝，已于2020年開始送樣給客戶。

2022年光收發(fā)器的硅光子供應鏈，來源：Yole Group

  歷史上，硅光子是在SOI上開發(fā)的，但SOI晶圓價格昂貴，而且硅不一定是所有不同光子學功能的最佳材料。例如，InP是英特爾的關鍵材料之一，而InP小芯片的開發(fā)是英特爾在硅光子業(yè)務上取得成功的關鍵。

  隨著數據速率的提高，硅上的高速調制正成為瓶頸，因此正在開發(fā)各種新材料，如LNO薄膜、InP、BTO、聚合物和等離子材料，以實現更高的性能。例如，Arista將薄膜LNO用于800G收發(fā)調制器的原型，該原型在2022年3月舉行的OFC 2022會議上亮相，Riber使用BTO，Lightwave Logic使用聚合物。此外，隨著光學功能的改進，硅光子學的定義也在擴大，以包括硅以外的材料的集成，盡管CMOS工藝的制造環(huán)境已因成本優(yōu)勢而受到影響，但仍然是必要的。

硅基片材料的分類及其應用，來源：Yole Group

  越來越多企業(yè)正在將目光投向硅光技術。英偉達與 Ayar Labs 簽署了研發(fā)合作協議，Ayar Labs 是一家硅光子初創(chuàng)公司。英偉達首席科學家 Bill Dally 在 3 月份的光纖通信會上發(fā)表的演講概述了使用密集波分復用 (DWDM) 的共同封裝光學器件的目標，以及如何將硅光子學用作交叉連接機架的傳輸和機架的 GPU 計算引擎。

  格芯在退出與英特爾、三星和臺積電的最先進處理器制造競爭后，在芯片領域稍顯落后，但是現在正在加倍投入硅光子學。格芯的GF Fotonix 可以通過單根光纖提供高達每秒半太比特 (Tb/s) 的數據速率，這是所有代工廠產品中最快的數據速率。這將允許以1.6到3.2 Tb/s的速度運行的光學芯片，提供更快的數據傳輸，以及更好的功率效率和信號完整性。該平臺還支持2.5D封裝技術，將芯片黏合在一起。GF Fotonix的高度集成為客戶在同一硅光子學IC中封裝更多功能和降低成本打開了大門。

  國內方面，工信部發(fā)布的《中國光電子器件產業(yè)技術發(fā)展路線圖(2018—2022年)》指出，目前高速率光芯片國產化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國產化率超過60%，高端光電子芯片國產化率突破20%。

  2021年12月，國家信息光電子創(chuàng)新中心、鵬城實驗室在國內率先完成了1.6Tb/s硅基光收發(fā)芯片的聯合研制和功能驗證，實現了我國硅光芯片技術向Tb/s級的首次跨越。企業(yè)方面，上市公司光迅科技、新易盛、天孚通信、中際旭創(chuàng)、博創(chuàng)科技等也已經切入硅光領域。