中國(guó)信通院：光電融合，開(kāi)辟“后摩爾時(shí)代”新賽道

  ICC訊 2024年12月20日，中國(guó)信息通信研究院正式對(duì)外公布了《信息光子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報(bào)告（2024年）》，該報(bào)告深入剖析了信息光子技術(shù)的宏觀態(tài)勢(shì)、各分支領(lǐng)域的最新進(jìn)展、產(chǎn)業(yè)融合研究，并對(duì)行業(yè)的未來(lái)走向做出了全面展望。

  全球光子技術(shù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，預(yù)計(jì)到2027年規(guī)模將增至12000億美元。

  隨著人工智能技術(shù)的興起，全球光子技術(shù)市場(chǎng)迎來(lái)了新的增長(zhǎng)機(jī)遇，特別是美國(guó)、歐洲、日本和韓國(guó)等主要經(jīng)濟(jì)體，它們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到光子技術(shù)在通信、數(shù)據(jù)處理和傳感等領(lǐng)域的革命性潛力，并正在積極投資研發(fā)以強(qiáng)化其光子技術(shù)能力，確保在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

  據(jù)報(bào)告顯示，全球光子技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)九千億美元。截至2023 年，全球光子市場(chǎng)規(guī)模約為 9200 億美元，預(yù)計(jì)到 2027 年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá) 12000 億美元。其中光算存市場(chǎng)數(shù)十億美元，光連接市場(chǎng)數(shù)百億美元，光采集和光呈現(xiàn)市場(chǎng)數(shù)千億美元發(fā)展態(tài)勢(shì)。同時(shí)，信息光子技術(shù)的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域也正處于不同的發(fā)展階段，主要根據(jù)傳統(tǒng)方向、新興方向以及細(xì)分融合三大發(fā)展方向，共同推動(dòng)著光子技術(shù)市場(chǎng)的快速發(fā)展。

  四大關(guān)鍵領(lǐng)域齊發(fā)展，光子與信息科學(xué)的相互融合、創(chuàng)新與應(yīng)用

  “信息光子”是光子學(xué)中信息相關(guān)部分，是光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉領(lǐng)域，將光子作為載體，通過(guò)操控光子實(shí)現(xiàn)信息的獲取、傳遞、處理和呈現(xiàn)。作為光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉學(xué)科，信息光子技術(shù)已成為信息技術(shù)硬件基礎(chǔ)的核心，涵蓋了光采集、光連接、光算存和光呈現(xiàn)四大關(guān)鍵領(lǐng)域。這一技術(shù)不僅在光通信和光存儲(chǔ)等傳統(tǒng)領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色，也在芯片級(jí)光互連、光計(jì)算和新型存儲(chǔ)等新興領(lǐng)域中也顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。各個(gè)分支領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)多樣化，共同推動(dòng)著信息光子技術(shù)的全面進(jìn)步和創(chuàng)新。

  據(jù)報(bào)告顯示：

  光連接：向更高性能迭代延伸

  光連接技術(shù)正朝著高速率、大容量、高可靠、低能耗、低時(shí)延的方向發(fā)展，其中高速率已成為核心訴求。在AI人工智能等業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，光連接速率的迭代周期進(jìn)一步縮短，即將邁進(jìn)T+b/s時(shí)代。并通過(guò)擴(kuò)展頻譜和采用新型光纖技術(shù)，顯著提升傳輸?shù)娜萘?。此外，伴隨著數(shù)據(jù)智算中心的快速發(fā)展以及 5G-A/6G 持續(xù)推進(jìn)，光連接需求日益增長(zhǎng)，，技術(shù)應(yīng)用也從模塊或板卡級(jí)別的光互連逐漸向芯片間/芯片上光互連轉(zhuǎn)變。應(yīng)用范疇也由陸地向衛(wèi)星、車(chē)載、水下等領(lǐng)域延伸，光連接技術(shù)正逐步泛化為全尺度連接技術(shù)。

  光算存：向集成化、一體化、智能化演進(jìn)

  在光算存領(lǐng)域，光電混合架構(gòu)的專用模擬光計(jì)算技術(shù)正成為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。這類(lèi)技術(shù)在處理涉及大量運(yùn)算工作負(fù)載且不需要精確解的特定任務(wù)時(shí)，可以作為協(xié)處理器來(lái)補(bǔ)充和加速電子計(jì)算。其中，光計(jì)算雖然在多領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，但由于光計(jì)算涉及光電融合等問(wèn)題，技術(shù)難度高，且需由光計(jì)算企業(yè)全程把關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)封閉，成熟度有待進(jìn)一步提升；光存儲(chǔ)雖然性能不斷提升，但距離實(shí)用階段距離較長(zhǎng)。未來(lái)有望進(jìn)入車(chē)載計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等泛在化、大眾化應(yīng)用場(chǎng)景。

  光采集：集成化、分布式路徑演進(jìn)

  光采集作為收集和處理光信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物探測(cè)或物理量感知測(cè)量的技術(shù)，可感知環(huán)境溫度、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、彎曲和扭轉(zhuǎn)等參量變化。根據(jù)工作原理的不同，分為光電探測(cè)、激光傳感和光纖傳感三類(lèi)。三類(lèi)光集采技術(shù)也基于多元化的應(yīng)用場(chǎng)景，逐步向大規(guī)模、多功能、高精度、微型化、低成本、高可靠的集成式和分布式多向演進(jìn)。此外，車(chē)載激光雷達(dá)、生物醫(yī)療傳感器和分布式光纖傳感器技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域。

  光呈現(xiàn)：提升人類(lèi)視覺(jué)體驗(yàn)

  在AI人工智能的進(jìn)一步推動(dòng)下，光呈現(xiàn)目前已達(dá)千億級(jí)規(guī)模，新型顯示也已成為信息交互的重要端口。當(dāng)前，光顯示技術(shù)仍以LCD和OLED兩大成熟技術(shù)為主線，但隨技術(shù)進(jìn)步Micro LED、印刷OLED、集成化、三維化將有望發(fā)展為新的技術(shù)重點(diǎn)。光顯示和光成像技術(shù)的性能將持續(xù)提升，依賴于材料、工藝、裝備等多環(huán)節(jié)的協(xié)同進(jìn)步。光呈現(xiàn)技術(shù)的升級(jí)迭代將實(shí)現(xiàn)更具沉浸、真實(shí)和交互感的呈現(xiàn)體驗(yàn)。

  光電融合：后摩爾時(shí)代的新賽道

  據(jù)報(bào)告指出，當(dāng)前光子集成正處于轉(zhuǎn)向規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。與微電子集成電路CMOS 工藝相比，光子集成在工藝流程和復(fù)雜程度上相似，但在功能結(jié)構(gòu)單元、材料體系、標(biāo)準(zhǔn)化程度、發(fā)展規(guī)律和提升維度等方面存在明顯差異。在微電子集成電路發(fā)展趨勢(shì)放緩背景下，光子技術(shù)不追求工藝尺寸的極限縮小，有望通過(guò)光電融合等新方式開(kāi)辟“后摩爾時(shí)代”新賽道。

  光子與電子作為信息技術(shù)的兩大支柱，各自擁有獨(dú)特的物理特性和優(yōu)勢(shì)，它們的融合是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。這種融合不僅在功能上實(shí)現(xiàn)協(xié)同，還在硬件上實(shí)現(xiàn)一體化。光電融合預(yù)計(jì)將由集成電路行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)引領(lǐng)，專注于拓展摩爾定律的邊界和探索超越CMOS技術(shù)的新領(lǐng)域。

  《信息光子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報(bào)告（2024年）》的發(fā)布，為我們提供了宏觀的技術(shù)發(fā)展視角，同時(shí)為行業(yè)決策者提供了重要的參考和指導(dǎo)。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，信息光子技術(shù)必將成為推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力。

  最后，報(bào)告建議：我國(guó)及美、歐、日、韓等全球主要經(jīng)濟(jì)體均高度重視光子能力構(gòu)建，為推動(dòng)信息光子技術(shù)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，需加強(qiáng)戰(zhàn)略研究與統(tǒng)籌規(guī)劃、提升創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、深化生態(tài)建設(shè)與應(yīng)用牽引，促進(jìn)多方要素形成合力，“政產(chǎn)學(xué)研用”各類(lèi)主體共同打造融合式創(chuàng)新。