Yole：2027年全球硅光子芯片市場將達(dá)10億美元

  ICC訊  隨著摩爾定律逐漸變緩，硅光技術(shù)是延續(xù)摩爾定律的發(fā)展方向之一。目前硅光技術(shù)已經(jīng)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(fù)雜程度上相似，但光子芯片對結(jié)構(gòu)的要求不像電子芯片那樣嚴(yán)苛，一般是百納米級。這大大降低了對先進(jìn)工藝的依賴，在一定程度上緩解了當(dāng)前芯片發(fā)展的瓶頸問題。

  法國半導(dǎo)體市場研究公司Yole Group發(fā)布硅光子報(bào)告稱，2027年用于數(shù)據(jù)通信的光模塊市場份額將從目前的20%提高到30%，以36%的復(fù)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(shù)據(jù)中心收發(fā)器將成為2021年和2027年按應(yīng)用劃分的硅光子芯片銷售的最大部分，預(yù)計(jì)將以22%的復(fù)合年增長率增長。2021年，其他應(yīng)用包括長距離收發(fā)器、5G收發(fā)器、生物技術(shù)領(lǐng)域(免疫測量等)、光纖陀螺儀等。到2027年，光子處理、消費(fèi)者健康、光互連等新應(yīng)用有望出現(xiàn)包含轉(zhuǎn)換電信號和光信號的電路單元“光子引擎”的聯(lián)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(yīng)鏈，流程將是設(shè)計(jì)、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(shù)20多年，2016年將硅光子產(chǎn)品100G PSM4投入商用100G PSM4和100G CWDM4硅光模塊已累計(jì)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(chǎn)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(chǔ)上再與自研DSP電芯片互聯(lián)，最終外接激光器進(jìn)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(yīng)鏈，來源：Yole Group

  歷史上，硅光子是在SOI上開發(fā)的，但SOI晶圓價(jià)格昂貴，而且硅不一定是所有不同光子學(xué)功能的最佳材料。例如，InP是英特爾的關(guān)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(wù)上取得成功的關(guān)鍵。

  隨著數(shù)據(jù)速率的提高，硅上的高速調(diào)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(shí)現(xiàn)更高的性能。例如，Arista將薄膜LNO用于800G收發(fā)調(diào)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(xué)功能的改進(jìn)，硅光子學(xué)的定義也在擴(kuò)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(yīng)用，來源：Yole Group

  越來越多企業(yè)正在將目光投向硅光技術(shù)。英偉達(dá)與 Ayar Labs 簽署了研發(fā)合作協(xié)議，Ayar Labs 是一家硅光子初創(chuàng)公司。英偉達(dá)首席科學(xué)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(fù)用 (DWDM) 的共同封裝光學(xué)器件的目標(biāo)，以及如何將硅光子學(xué)用作交叉連接機(jī)架的傳輸和機(jī)架的 GPU 計(jì)算引擎。

  格芯在退出與英特爾、三星和臺積電的最先進(jìn)處理器制造競爭后，在芯片領(lǐng)域稍顯落后，但是現(xiàn)在正在加倍投入硅光子學(xué)。格芯的GF Fotonix 可以通過單根光纖提供高達(dá)每秒半太比特 (Tb/s) 的數(shù)據(jù)速率，這是所有代工廠產(chǎn)品中最快的數(shù)據(jù)速率。這將允許以1.6到3.2 Tb/s的速度運(yùn)行的光學(xué)芯片，提供更快的數(shù)據(jù)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(shù)，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(xué)IC中封裝更多功能和降低成本打開了大門。

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

  2021年12月，國家信息光電子創(chuàng)新中心、鵬城實(shí)驗(yàn)室在國內(nèi)率先完成了1.6Tb/s硅基光收發(fā)芯片的聯(lián)合研制和功能驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了我國硅光芯片技術(shù)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(jīng)切入硅光領(lǐng)域。