《数据中心及其它应用领域的硅光子器件及市场趋势-2016版》
2016-11-03 21:57:24   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

Acacia公司和英特尔(Intel)等公司在2016年相继推出了更多的硅光子产品,下一款产品或许将会是基于硅光子技术的收发器。不过,我们认为硅光子技术在那时也将应用于其它产品,如光学生物传感器、气体传感器以及无人驾驶汽车应用的激光雷达传感器等。

SILICON PHOTONICS FOR DATA CENTERS AND OTHER APPLICATIONS 2016

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现在是否已经到了硅光子器件在数据中心领域增长爆发的临界点?

数据中心的指数级数据增长,将推动硅光子器件爆发,并拓展至激光雷达(LIDAR)等其它应用

随着大数据的数据量日益增长,利用现有技术对这个数据量级别的数据传输,将很快达到其功耗、数据密度和承载极限。光子技术将在整个互联网内继续取代电子技术,包括数据中心,机架服务器,很快也将蔓延至计算机主板。

硅光子技术主要应用

硅光子技术主要应用

硅光子技术集合了光学、CMOS技术以及先进封装技术。相比传统的光学技术,它结合了硅技术的低成本、更高的集成度和互联密度以及更多的嵌入式功能,同时功耗更低、可靠性更高。

尽管人们在硅光子领域投入了大量的研发,但是目前市场上仍只有少量的硅光子产品问世。不过,大型互联网公司一直在大力推动该技术的发展,如微软(Microsoft)、亚马逊(Amazon)和脸书(Facebook)等,它们在该领域的投入将在数年内,赶超传统服务提供商在该领域的投资。这些互联网公司将作为主角,为未来新一代数据中心开发具有成本效益的光子技术,它们的目标是实现1美元/Gb。

硅光子技术在数据中心领域的发展路线图

硅光子技术在数据中心领域的发展路线图

尽管因为连接距离短,铜导线还应用于架顶式交换机和服务器的连接,但是光纤连接随着带宽和互联距离的延长而逐渐成为基本配置。并且带宽正显著增长至接近机架服务器的带宽。因而大部分现有的带宽处于数据中心内部,互联距离从几米到数百公里之间。

回到2000年,Bookham公司首次实现了硅光子组件的商业化,也即阵列波导光栅和收发器。2006年,Kotura公司商业化了可变光学衰减器。随后,Acacia公司和英特尔(Intel)等公司在2016年相继推出了更多的硅光子产品,大部分都是瞄准100G网络传输,不过很快将实现到400G的跨跃发展。下一款产品或许将会是基于硅光子技术的收发器。不过,我们认为硅光子技术在那时也将应用于其它产品,如光学生物传感器、气体传感器以及无人驾驶汽车应用的激光雷达传感器等。

此外,在该领域出现了越来越多的新的初创公司,日益增长的风险投资也预示着该领域的欣欣向荣。互联网泡沫破裂15年来,光学通信领域似乎开始再次吸引投资者涌入。

硅光子收发器产品路线图

硅光子收发器产品路线图

预计到2025年,数据中心应用的硅光子技术市场将达到数十亿美元,并且在其它应用领域也颇具前景

2015年,硅光子技术市场销售额仍低于4000万美元,并且,在公开市场上仅有少数几家公司真正有产品出货。然而,未来十年该领域将实现爆发性增长,已封装的硅光子收发器市场规模预计将达到60亿美元。不过,除了目前机遇最好的数据中心应用,还有许多其它有前景的应用领域,包括高性能计算机、通信、传感器、生命科学、量子计算机及其它高端应用。

硅光子技术对数据中心的有益作用

硅光子技术对数据中心的有益作用

硅光子技术能够通过光学功能集成和微型化进一步获得有价值的产品,由此将推动两种特别有前景的应用发展,它们分别是无人驾驶汽车应用的激光雷达传感器和生化传感器。

目前的激光雷达传感器由于成本高昂、体积庞大而阻碍了其在汽车领域的集成。硅光子技术可以使激光雷达无需运动部件,而运动部件在恶劣的汽车环境中往往可能导致问题的发生。

生化传感器和气体传感器并不是新的技术,已经在多个领域有了应用。但是,随着大量有前景的移动应用的兴起,气体传感正变得越来越重要。许多公司都在其产品规划中,将生化传感器或气体传感器集成进入智能手机或可穿戴产品中,但是,尺寸、成本和灵敏度目前仍存在一定的问题。为推动光学气体传感器进一步微型化,许多公司已经考虑采用硅光子技术作为其器件的集成平台。预计到2025年,这些非数据中心应用的市场规模将达到3亿美元。

硅光子市场预测

硅光子市场预测

除了技术挑战,一种类似IC产业的供应链正在形成

硅光子技术的市场应用之路充满挑战,尤其是来自技术方面的挑战。激光光源的集成便是一个主要技术挑战,对此,锑化铟芯片上的激光芯片后端处理或将是一个值得关注的方法。功耗问题也很重要。目前的功耗水平大约在10pJ/bit,2025年的目标是要将功耗降低到200fJ/ bit以下。此外,产业界也需要从并行光纤发展至波分复用技术(wavelength division multiplexing, WDM),大多数厂商都在其产品路线图中规划了波分复用技术。

封装仍是目前的主要技术障碍,约占最终收发器产品成本的80~90%,主要由于光学校准要求非常严格,并且增加了组装所需要的时间。现在,MEMS技术或能帮助解决这些问题,Kaiam公司和Luxtera公司在这方面做了很多开拓性的工作,并建立了一些方案来提供低成本光子组装试验产线,尤其是在欧洲。这些技术挑战都和成本相关,目标是从目前的5美元/Gb,到2020年降至0.1美元/Gb以下。

硅光子技术供应链还在逐步形成过程中,落后主流的硅半导体供应链好多年,仅有少数封装服务或软件提供商。然而,纵观全球,大举的研发并购和相关项目正在进行,为现有厂商做好知识产权布局。对于外包半导体组装和测试厂商来说,由于市场对低成本封装解决方案的需求,其机遇也必定会增加。随着晶圆消耗数量的增长,将驱动成本不断降低,硅光子代工厂必定会涌现出来。

硅光子主要厂商及其发展现状

硅光子主要厂商及其发展现状

报告中涉及的部分公司:

A*Star, AIM Photonics, Altis, Amazon, Amicra, Amkor, ams technologies, Arista, Aryballe, Aurrion, Ayar Labs, Biacore, Broadcom, BSAC, Cadence, Caliopa, Ciena, Cypress, Dell, eLichens, EVG, facebook, ficontec, Finisar, Georgia Tech, GlobalFoundries, Google, hp, Huawei, IBM, IMEC, imt, Infinera, Intel, Juniper Networks, Kaiam, Lenovo, Leti, Luxtera, MACOM, Mentor Graphics, Micralyne, Microsoft, MIT, Molex, Novati, NTT, NXP, Oclaro, Optocap, Physical Sciences, Ranovus, Rockley Photonics, Seagate, Sicoya, Silex, Skorpios, Soitec, STM, Sun Microsystems, Synos, Teramount, Towerjazz, Tyco, TU Delft, Tyndall University, University of Colorado, Velodyne, VLC Photonics, Yahoo等

报告目录:

About the authors

Glossary

Companies cited in the report

Why this report

Report objectives

Comparison with 2014 report

Executive Summary

Introduction

Data center futures challenges

Photonics in data centers

Market forecast for silicon photonics

Supply chain

Packaging challenges

Conclusions

Appendix

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