《硅光子和光子集成电路技术和市场-2019版》
2019-04-29 19:42:52   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

据麦姆斯咨询介绍,光子集成电路(PIC)涉及的材料众多,包括硅(Si)、磷化铟(InP)、二氧化硅(SiO2)、铌酸锂(LinBo3)、氮化硅(SiN)、聚合物或玻璃,并且需要依托定制的制造工艺平台。

Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits 2019

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硅光子市场:窗口期已过!

在当今数据中心互联的推动下,光子集成电路的大量应用涌现!

据麦姆斯咨询介绍,光子集成电路(PIC)涉及的材料众多,包括硅(Si)、磷化铟(InP)、二氧化硅(SiO2)、铌酸锂(LinBo3)、氮化硅(SiN)、聚合物或玻璃,并且需要依托定制的制造工艺平台。

PIC旨在利用半导体产业尤其是晶圆制造业的独特优势为光学器件所用。与传统光学器件相比,PIC的优势如尺寸更小的光学芯片、更高的数据速率、更低的功耗、更低的比特数据成本和更高的可靠性,推动了其蓬勃发展。

为了增加数据通信网络的带宽和距离,PIC正在逐步取代垂直腔面发射激光器(VCSEL)。PIC已用于相干或非相干模式下的高数据速率收发器(100G及以上)。未来,在需要将电子学和光子学紧密结合时,PIC的必要性就凸显出来了。

PIC的最大需求市场来自通信网络和数据中心互联(或称DCI),以及即将推出的5G无线技术、汽车或医疗传感器等新应用。磷化铟(InP)是最常用的材料,但Si增长更快。如Google(谷歌)、Apple(苹果)、Facebook(脸书)、Amazon(亚马逊)和Microsoft(微软)等国际互联网巨头(缩写GAFAM)是如今硅光子技术的主要推动者。他们目前正在与网络节点上的本地数据中心建立互联网络。

在投入方面,GAFAM领先于传统通信公司,已为DCI建立了自有长途和海底网络。直到最近,他们还依靠传统的通信运营商进行长途传输。2018年,硅光子进入了长途DCI,而此时很多巨头公司对硅(Si)或磷化铟(InP)技术却尚不清楚。

作为PIC家族的一员,硅光子正在利用半导体制造基础设施将不同光学功能整合于同一芯片,尽管激光器仍使用磷化铟(InP)。今天,在光收发器所用的材料中,硅(Si)有望成为增长最快的材料。未来,硅光子将与其他PIC材料集成。因为硅光子可采用的制造工艺平台成熟,也能使用其它材料,并且性能更佳。如用于激光器的磷化铟(InP)、用于光探测的锗(Ge)、用于调制器的铌酸锂(LinBo3)和用于互联的玻璃。

近年来,在嵌入式光学的大量研发工作使光子芯片与服务器板上的电子器件越来越接近。如今,用于交换机的专用集成电路(ASIC)和光学器件的共封装技术开发预示着未来的数据中心架构和功耗的降低。交换机ASIC公司将被赋予更高的价值,并可能在未来参与更多的并购。

光子集成电路(PIC)材料体系总览

光子集成电路(PIC)材料体系总览

硅光子市场前景光明,400G增速将超过100G

基于PIC的收发器主要材料为硅光子和磷化铟(InP)(详见《磷化铟晶圆和外延片市场-光子和射频应用》),整体市场规模将从2018年约40亿美元增长到2024年的190亿美元,出货量从3000万个增长到约1.6亿个。其中,硅光子市场的复合年增长率最高,达44.5%,将从2018年的约4.55亿美元(相当于130万个)增长到2024年的约40亿美元(相当于2350万个)。

DCI市场跨越地铁到长途/海底通信,其市场规模最大,相干通信和传感器只占其中小部分。5G时代即将到来,未来也出现大量产品。

除DCI外,其它应用的身影也逐渐显现出来。例如,以下公司计划将其PIC平台用于激光雷达:Intel(英特尔)、Rockley Photonics、SiLC、Blackmore,可能还有更多公司。然而,业界仍有声音“激光雷达可能会被雷达和摄像头等其它传感器组合所取代”,所以市场前景仍不确定;而且自动驾驶汽车是否会取得最终成功还不明朗,汽车制造商受技术、法规和战略变化等因素的影响较大。

自动驾驶汽车市场需求是数千辆的量级,而不是数百万辆,低于数据中心的需求量。

2018~2024年硅光子收发器市场预测

2018~2024年硅光子收发器市场预测

硅光子市场的参与者只有少数几家:Luxtera/Cisco(思科)、Intel(英特尔)、Acacia和InPhi。Luxtera成立于2001年,被思科收购,作为硅光子产业的先驱者,自2009年批量生产以来,其四通道小型可插拔(QSFP)收发器已售出近200万个(参考《MOLEX(Luxtera)硅光子芯片》)。英特尔在2016年推出了一款支持100G通信的硅光子QSFP收发器(参考《英特尔硅光子技术100G PSM4 QSFP28光纤收发器》)。现在该公司每年向数据中心出货一百万个。英特尔的400G产品有望在2019年下半年进入量产。Acacia宣布到2022年将为相干光学出货10万多个400ZR模组。

硅光子市场主要厂商的市场占有情况回顾

硅光子市场主要厂商的市场占有情况回顾

窗口期已过,但成熟度还不理想!

尽管目前人们对这项技术感到兴奋,但硅光子技术还没有完全成熟。由于掌握这项技术的早期采用者和GAFAM的要求趋同,虽然达到了窗口期,但如上文所述,供应商仍然很少。

然而,许多新进入的初创企业正在崭露头角,更多的来自集成电路和MEMS代工厂。TSMC(台积电)等大型集成电路代工厂发展硅光子的一个原因可能与未来交换机的共封装趋势有关。数据中心架构正在从可插拔式发展为将更多的光学器件共封装,Microsoft(微软)和Facebook(脸书)正致力于该项研究,而架顶式交换机可能会消失。这意味着交换机可以在服务器级与光学器件共封装。在这种情况下,由于交换机需求量非常高(数百万台级),为代工厂提供了扩充产能的潜在机会。对于规模相对较小的MEMS代工厂,如Silex、APM(亚太优势)和VTT,采用硅光子工艺则是填充产能的方法,因为有些工艺非常相似,如Cisco/Luxtera的MEMS盖帽。在北美洲、欧洲和日本,工业界在全球范围内进行了大量研发工作。所以,我们有理由相信,这个市场正在走向工业级成熟,未来的市场需要量巨大。

2019年硅光子产业链

2019年硅光子产业链

本报告涉及的部分公司:Acacia, Accelink, Almae, Amazon, AOI, apm, at&t, Axalume, AXT, Ayar Labs, Broadcom, Broadex, CeliO, Ciena, Cisco, Effect Photonics, Elenio, Emcore, Ericsson, Facebook, Fiberhome, ficontec, Finisar, Fujitsu, GCS, Gigalight, GlobalFoundries, Google, HHI, Hisense, HPE, Huawei, III-V Labs, II-VI, Infinera, Innolight, InPact, Inphi, Intel, IQE, JDSU, Juniper, Kaiam, Landmark, Ligentec, Lightwave Logic, LioniX, Lumentum, Luxnet, Luxtera, MACOM, Masimo, Microsoft, Nokia, Northrop Grumann, Novati, NTT, NXP, Oclaro, Oepic, OMMIC, Orange Labs, POET, Ranovus, Rockley, Roshmere, Scintil Photonics, Sentea, ShinEtsu, Sicoya, SiLC, Silex, Silterra, Skorpios, Skywater, Smart Photonics, SOITEC, STM, SunEdison, Synopys, TEEM Photonics, Thales, TrueLight, TSMC, Verizon, VLC Photonics, VPEC, VTT, ZTE…

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