硅光子市场 - 全球行业规模、份额、趋势、机遇和预测，2018 年至 2028 年，按组件（激光器、调制器、PIC、光电探测器和超低损耗波导）、按应用（数据中心、电信、消费电子、医疗保健、汽车等）、按波导（400-1,500 NM、1,310-1,550 NM 和 900-7000 NM）、按产品（收发器、可变光衰减器、开关、电缆和传感器）、按材料（硅或硅基合金、磷化铟等）、按地区和竞争进行细分

由于 5G 行业的快速发展以及对云服务的需求激增，预计硅光子市场将在预测期内增长，这为在硅光子市场提供产品的公司提供了大量机会。多年来，主要参与者对硅光子技术表现出了浓厚的兴趣。英特尔公司、思科系统公司、IBM 公司和瞻博网络公司等参与者已投入巨资，以在不断增长的硅光子市场中占据主导地位。然而，即使有如此巨大的增长，硅光子市场仍面临许多挑战，包括采用不同通信系统的问题、热效应风险以及电信领域缺乏商业化。

通过光束在计算机芯片内部传输数据的新兴技术称为硅光子学。硅光子学在未来有很大的机遇。因此，可以在使用更少功率的情况下传输更多数据，并且不会造成任何信号损失。

全球硅光子市场：驱动因素和趋势

5G 通信需求不断增长：

硅光子技术有望彻底改变电信行业。到目前为止，数据是通过铜线以电信号的形式传输的。然而，5G 通信等技术的出现使得数据速度更快，而铜线允许的最大吞吐量可能会成为计算速度的瓶颈。因此，有了硅光子学，更多图案化的硅将用于传输携带数据的激光信号，并有可能让更多数据更快地移动，同时消耗更少的功率。此外，硅光子学可以像目前的硅基技术一样轻松地以相同的规模制造。此外，英特尔等公司正在加强其 100G 硅光子收发器产品组合，以用于 5G 和物联网应用。硅光子技术主要用于光通信系统和网络，因为它具有带宽、抗电磁场、与光纤兼容和灵活性等优点。通过互补金属氧化物半导体 (CMOS) 兼容工艺制造光子器件为低成本和小尺寸电路铺平了道路，使光学技术可用于众多网络段和新应用。5G 将 4G 基带单元 (BBU)、射频拉远单元 (RRU) 和天线重建为集中单元 (CU)。另一方面，分布式单元 (DU) 和有源天线单元 (AAU) 确保网络将包含前传、中传和回传。这些变化增加了对光收发器的需求，以满足 5G 网络架构中关键链路的高带宽和距离要求。

智能手机和其他联网设备的数量不断增加，增加了数据流量，因为这些设备在给定时间点通过网络传输大量数据，进一步创造了终端消费者对 5G 的需求。根据领先的网络解决方案提供商 Telefonaktiebolaget LM Ericsson 的数据，到 2023 年底，全球每月移动数据流量预计将超过 100 艾字节 (EB)。此外，医疗保健、消费电子和汽车行业对高速网络解决方案的需求为 5G 服务提供商创造了巨大的机会。因此，对 5G 基础设施的需求不断增长将对硅光子市场的增长产生积极影响。

通过硅光子学实现高速数据传输：

电信行业已将光纤技术作为一种改进的解决方案，以满足对通过铜线进行更高速度和大容量数据传输的不断增长的需求。目前，大量数据通过长距离光纤传输和接收，这导致需要更换高功耗电气开关，这些开关需要光电转换并导致信号丢失。这导致了光子开关的出现，以提高传输质量并将单个传输链接到数十甚至数千台服务器。

此外，硅基光子开关使用先进的 CMOS 技术，由于其低成本和高容量而成为强大的平台，吸引了研究人员的极大关注。此外，传统铜缆由于其数据传输能力慢而阻碍了数据中心的发展和高性能计算 (HPC)。此外，它被认为不足以用于 HPC 应用、数据中心或有效管理不断增长的数据量。另一方面，在硅光子学中，数据通过光线在计算机芯片之间传输，与电导体相比，光线可以在更短的时间内传输大量数据。随着硅光子技术的不断进步，预计它可以以经济高效的方式实现 1 tbps 的数据传输速度。

英特尔公司、IBM 公司和思科系统公司等公司认为硅光子学是一种很有前途的技术，可以重塑数据中心系统交换数据的方式并创建更精简的机架设备。因此，这些公司正在投资该技术。IBM 公司已投资其硅纳米光子技术，该技术使用光而不是电信号来传输数据，使大量数据能够通过光脉冲在服务器、大型数据中心和超级计算机中的计算机芯片之间快速传输。随着硅光子芯片的集成，由于信号强度强，远距离传输大量数据（> 100 GB）变得更加容易。目前，硅光子技术在北美和欧洲等地区得到广泛应用。此外，随着数据中心等应用对更高带宽的需求增加，该行业将转向垂直整合以推动制造过程。此外，预计未来几年光电子产品开发的研究活动数量将增加。

数据中心部署不断增加：

数据中心在信息的获取、计算、存储和管理中发挥着至关重要的作用。然而，许多数据中心笨重、低效且过时。因此，为了保持它们的运行，数据中心运营商正在对它们进行升级以适应不断变化的世界。此外，思科系统公司 (Cisco Systems, Inc.) 于 2021 年声称，数据中心内的流量将增加三倍，其中很大一部分份额归因于超大规模设施，例如由 Google、Amazon、Facebook、Apple 和 Microsoft 等领先企业开发的设施。由于其架构，超大规模数据中心可以扩展到几乎任何所需的规模。这些中心需要高速连接来在其基本构建块（例如单个服务器及其支持设备）之间移动一次性数据。

数据中心最先进的传输速率大多为 100 Gb/s。然而，该行业目前的目标是部署大约 400 Gb/s 的速度。预计未来这一速度还会提高。不断增长的速度表明硅光子解决方案将能够轻松地深入通信结构。此外，PIC 的最大批量需求是数据和电信网络中的数据中心互连 (DCI)，以及即将出现的新应用，例如 5G 无线技术、汽车或医疗传感器。磷化铟 (InP) 是最常用的材料，但硅光子学的发展速度更快。硅光子学技术正被各种数据中心的系统到系统连接所采用。预计该技术还将在服务器芯片的各个部分之间移动。

全球硅光子学市场：挑战

复杂的设计平台和制造工艺：

硅光子学在高带宽光通信领域正在迅速成熟，应用于数据通信、接入网络和带宽密集型电子产品的 I/O，以及光谱和传感领域的新兴应用。需要将光子学和电子学集成在一起，以从光子学中获得最佳性能，例如并排、堆叠或在同一芯片上。然而，光子学和电子学的结合会在设计方面产生一系列新问题，例如复杂光子和电子电路的协同设计和协同仿真、可以处理光子电路的验证算法以及对变化的容忍度。

在制造工艺、设计平台和系统级应用的特定设备设计方面仍然存在重大挑战。硅光子学的基本价值主张是，与目前最先进的微电子芯片相比，它可以利用使用较低分辨率 CMOS 处理的成熟制造工艺。然而，现有的高质量电子设备制造技术不一定能大批量实现高质量的光学设备。硅光子设备中 CMOS 与光子的单片集成在很大程度上取决于特定制造工艺的设计规则，导致目前必须对设备进行后处理才能实现高产量。

硅光子设备的封装问题：

封装在硅光子设备的系统级实现中起着重要作用。硅光子器件需要经济高效、坚固耐用的封装才能上市销售。要使硅光子器件成为可行的平台，就需要实现封装自动化。封装中存在的重要问题是高容量光学连接、热稳定性以及电子元件的正确封装。大多数商用硅光子器件都是收发器。光栅耦合器通常提供光学连接，

热稳定性也是硅光子器件封装中的一个重要问题。其中一些器件使用折射率的大热诱导变化。器件必须封装成外部温度波动不会改变器件的运行。此外，导致这种过量热量产生的硅光子物理特性是双光子吸收，即在光子对的帮助下激发电子-空穴对的过程。然而，这个过程会产生不必要的热量和光。由于热产生，硅光子技术被认为是一种不环保的技术，因为热污染会显著增加周围温度。因此，采用热电冷却器 (TEC) 进行封装正变得越来越普遍。但是，这些组件会增加设备的总功率和成本。\

市场细分

全球硅光子市场细分为组件、应用、波导、产品、材料和地区。基于组件，市场细分为激光器、调制器、PIC、光电探测器、超低损耗波导。基于应用，市场细分为数据中心、电信、消费电子、医疗保健、汽车等。基于波导，市场细分为 400-1,500 NM、1,310-1,550 NM、900-7000 NM。基于产品，市场细分为收发器、可变光衰减器、交换机、电缆、传感器。基于材料，市场细分为硅或硅基合金、磷化铟等。根据地区，市场细分为北美、亚太地区、欧洲、南美和中东及非洲。

市场参与者