フォトニック集積回路市場 – 世界の産業規模、シェア、トレンド、機会、予測、原材料の種類別（III-V材料、ニオブ酸リチウム、シリコン上シリカ）、統合プロセス別（ハイブリッド、モノリシック）、アプリケーション別（通信、バイオメディカル、データセンター）、地域および競合別、2019～2029年予測

市場概要

世界のフォトニック集積回路市場は2023年に15億米ドルと評価され、2029年までの予測期間中に22.1％のCAGRで堅調な成長が見込まれています。世界のフォトニック集積回路（PIC）市場は、高速データ伝送の需要の高まりと光通信技術の急速な進歩に牽引され、著しい成長を遂げています。複数の光学部品を1つのチップに統合するフォトニック集積回路は、さまざまな業界に革命をもたらしています。これらは、通信、データセンター、ヘルスケア、航空宇宙で幅広い用途があります。市場は、エネルギー効率の高いソリューションに対するニーズの高まりと、インターネット対応デバイスの普及によって推進されています。 5G ネットワークの展開とクラウドベースのサービスの採用の増加により、高速で低遅延のデータ処理機能を提供するフォトニック集積回路の需要が高まっています。主要な市場プレーヤーは、PIC 技術を強化するための研究開発に投資し、イノベーションを推進して市場をさらに拡大しています。光通信システムの継続的な進化と、より高速で信頼性の高いデータ転送の需要により、世界のフォトニック集積回路市場は今後数年間で持続的な成長を遂げる態勢が整っています。

主要な市場推進要因

高速データ伝送と帯域幅の需要の増加

世界のフォトニック集積回路 (PIC) 市場の成長は、主に高速データ伝送と帯域幅の拡大の需要の増加によって推進されています。ビデオストリーミング、クラウドコンピューティング、ビッグデータ分析などのデータ集約型アプリケーションの台頭により、従来の電子集積回路は速度と帯域幅の制限に直面しています。データ伝送に光を使用するフォトニック集積回路は、電子回路と比較して大幅に高いデータレートと帯域幅機能を提供します。企業や消費者がより高速で信頼性の高いデータ転送を求める中、特に 5G ネットワークやモノのインターネット (IoT) デバイスの出現により、PIC の需要が急増しています。PIC は光ファイバーを介した大容量データのシームレスな転送を可能にするため、通信、データ センター、高性能コンピューティング アプリケーションには欠かせません。この傾向は、迅速で効率的、かつ大容量のデータ転送ソリューションに対する世界的な需要に対する市場の反応を反映しています。

光通信技術の進歩

光通信技術の進歩は、世界の光集積回路 (PIC) 市場の成長を推進する強力な原動力となっています。通信からクラウド コンピューティングまで、さまざまな分野で高速、高帯域幅のデータ転送の需要が急増する中、光通信の役割は極めて重要になっています。大量のデータを光のパルスとして運ぶ光ファイバーは、現代の通信ネットワークのバックボーンです。フォトニック集積回路 (PIC) は、多数の光学部品を 1 つのチップに統合することで、これらのネットワークの効率と機能を強化します。レーザー、変調器、検出器などのこれらの部品は、光信号の操作に不可欠です。材料科学とナノテクノロジーの研究開発によって推進されているこれらの部品の継続的な進化により、PIC のパフォーマンス、コンパクトさ、エネルギー効率が向上しています。これらのイノベーションにより、データ転送速度が向上するだけでなく、光通信システムの信頼性と拡張性も向上します。グローバルなビジネス環境において、リアルタイムの金融取引、遠隔医療、リモート コラボレーション ツールなど、さまざまなアプリケーションでは、効率的なデータ伝送が不可欠です。光信号を驚異的な精度と速度で処理できる PIC は、この技術革命の最前線に立っています。市場では、大量のデータが処理、保存、送信されるデータ センターでの PIC の採用が増えています。さらに、シミュレーション ツールと設計方法論の進歩により、開発プロセスが合理化され、プロトタイプの作成と商品化が迅速化されています。その結果、世界中の企業が通信インフラに PIC を統合し、効率を高め、レイテンシを削減し、全体的なパフォーマンスを強化しています。光通信技術の継続的な進歩と PIC の汎用性により、この市場セグメントはイノベーションの重要な触媒として位置付けられ、デジタル時代における企業のコミュニケーションと運営の方法を変革しています。

LiDAR や量子コンピューティングなどの新興技術における PIC の採用の増加

新興技術、特に LiDAR (光検出および測距) システムと量子コンピューティングにおける光集積回路 (PIC) の世界的な採用は、PIC 市場を形成する重要な原動力です。自律走行車、環境モニタリング、マッピングで広く使用されている LiDAR 技術は、正確で迅速なレーザー ビームのステアリングと変調に PIC を利用しています。量子力学現象を通じてコンピューティングに革命を起こすと期待される量子コンピューティングでは、量子ビットの操作や量子通信などのタスクに複雑な光回路が必要です。量子レベルで光を操作および制御する能力を持つ PIC は、これらの技術の進歩に重要な役割を果たします。LiDAR システムや量子コンピューティング プラットフォームへの PIC の統合の増加は、PIC の汎用性を際立たせ、新しい用途への扉を開き、市場の拡大を促進します。

研究開発への投資の増加

世界の光集積回路 (PIC) 市場は、研究開発 (R&D) イニシアチブへの投資の増加によって大幅な成長を遂げています。これらの投資は、イノベーションを促進し、技術の進歩を推進し、光集積回路の機能を拡張しています。高速データ伝送、高度な通信ネットワーク、効率的な光システムが最も重要な時代に、企業や研究機関は PIC 技術に重点を置いた研究開発プロジェクトに多額の資金を投入しています。これらの投資により、最先端の材料、新しい設計方法論、革新的な製造技術の探究が可能になり、よりコンパクトで効率的、かつコスト効率の高い PIC の開発が促進されます。研究投資は、量子コンピューティング、人工知能、IoT アプリケーションなどの他のテクノロジーと PIC の統合を強化するのに役立ち、前例のない可能性につながります。企業は学術機関と協力して、PIC 設計の複雑さ、製造精度、パフォーマンスの最適化に関連する課題に対処するための広範な研究を行っています。政府のイニシアチブと資金は研究活動をサポートし、業界の専門家と科学者のコラボレーションを促進します。これらの共同の研究開発の取り組みにより、高度な PIC ベースの製品とソリューションの商品化が加速しています。その結果、PIC 市場では、通信、ヘルスケア、自動車、航空宇宙など、さまざまな分野で革新的なアプリケーションが急増しています。研究開発への継続的な投資の流入は、製品の機能強化を促進するだけでなく、競争の激しい市場環境を育み、企業が PIC テクノロジーで達成できるものの限界を押し広げることを奨励します。企業が通信ネットワーク、データ処理、センシング技術に革命を起こす PIC の潜在的可能性を認識するにつれて、これらの投資は、最先端の効率的で非常に汎用性の高い光学ソリューションによって定義される未来に向けて世界の光集積回路市場を推進する上での R&D の極めて重要な役割を強調しています。

エネルギー効率の高いソリューションに対する需要の高まり

エネルギー効率の高いソリューションに対する需要の高まりは、世界の光集積回路 (PIC) 市場の急速な拡大の大きな原動力です。世界が環境問題と持続可能な技術ソリューションの必要性に取り組む中、電子デバイスの効率は厳しい監視下に置かれています。従来の電子回路は、電気信号に依存しているため、多くの場合、大幅な電力消費に悩まされ、エネルギーの浪費と過剰な熱生成を引き起こします。対照的に、光集積回路 (PIC) は、光の力を利用してデータを送信および処理します。電子の代わりに光子を使用することで、これらの回路は本質的に消費エネルギーが大幅に少なく、本質的にエネルギー効率に優れています。この特性は、データセンター、電気通信、クラウドコンピューティングなど、大規模なデータ処理と高速通信が不可欠な分野で特に重要です。たとえば、膨大な量の情報が処理され、保存されるデータセンターでは、PICを使用することで達成されるエネルギー節約は相当なものです。これらの回路は、エネルギー消費を最小限に抑えて運用コストを削減するだけでなく、全体的な炭素排出量を減らすことで、より環境に優しく持続可能な未来に貢献します。世界中の政府や組織が省エネと環境責任に重点を置いているため、エネルギー効率の高いPICの需要は急増し続けています。企業は、PICをシステムに統合することによる長期的なコストメリットと環境上の利点をますます認識しています。この認識の高まりは、PICテクノロジーの継続的な進歩と相まって市場の拡大を牽引し、エネルギー効率を世界のフォトニック集積回路市場の成長軌道の中心的な柱にしています。企業や業界は、経済的インセンティブと環境への配慮の両方から、PIC を省エネイニシアチブの基本コンポーネントとして採用し、それによって世界のテクノロジー環境の未来を形作っています。

主要な市場の課題

設計と製造の複雑さ

世界のフォトニック集積回路 (PIC) 市場が直面している大きな課題の 1 つは、設計と製造プロセスに固有の複雑さです。従来の電子回路とは異なり、PIC では、レーザー、変調器、検出器、導波管などの光学コンポーネントが複雑に配置され、すべてが 1 つのチップに統合されています。このような回路を設計するには、光学系、材料、電磁波の挙動に関する深い理解が必要です。PIC の製造プロセスではナノスケール レベルの精度が求められるため、電子部品よりもはるかに複雑で時間がかかります。課題は、この複雑さに対応できる効率的な設計ツールと製造技術の開発にあります。研究者やエンジニアは、コンポーネントの配置と相互作用の最適化、信号損失の最小化、熱の影響の管理においてハードルに直面しています。これらの課題に対処することは、PIC の生産を拡大し、より幅広いアプリケーションで PIC をより利用しやすく、コスト効率の高いものにするために不可欠です。

電子回路との統合の制限

世界の光集積回路市場が直面しているもう 1 つの注目すべき課題は、電子回路との統合機能が限られていることです。PIC は光信号の処理と送信に優れていますが、既存の電子システムとのシームレスな統合はしばしば問題になります。光領域と電子領域のギャップを埋め、互換性を確保し、PIC と電子回路間の効率的なデータ交換を可能にすることは、大きな課題です。電子と光子の統合には、光コンポーネントと電子コンポーネント間のスムーズな通信を促進する高度なインターフェイス技術、ハイブリッド統合方法、標準化されたインターフェイスなどの革新的なソリューションが必要です。これらの課題を克服することは、光学技術と電子技術の両方の長所を活用し、さまざまなアプリケーションの全体的な機能とパフォーマンスを向上させる、完全に統合されたシステムを実現するために不可欠です。

コストとスケーラビリティの問題

コストとスケーラビリティは、世界のフォトニック集積回路市場が直面している大きな課題です。PIC 製造に必要な特殊な材料、装置、複雑な製造プロセスは、生産コストの上昇につながります。低い歩留まり率と複雑なテスト手順により、全体的なコストがさらに膨らみます。その結果、PIC ベースのソリューションは、従来の電子ソリューションよりも大幅に高価になる可能性があり、特にコストに敏感なアプリケーションでは、広く採用されるのが制限されます。さらに、研究開発環境から大量生産に移行する際には、スケーラビリティが課題となります。品質とパフォーマンスを犠牲にすることなく規模の経済を実現し、生産コストを削減することは、永続的な課題です。これらの課題を克服し、PIC をより手頃な価格で拡張可能なものにするためには、製造技術、材料工学、およびテスト方法の革新が不可欠です。

標準化と相互運用性

標準化と相互運用性は、世界の光集積回路市場にとって重大な課題です。PIC の設計、製造、および通信プロトコルに普遍的に受け入れられている標準がないため、PIC をさまざまなアプリケーションやシステムにシームレスに統合することが妨げられています。多様な独自のテクノロジーとインターフェイスにより、異なる PIC 間の互換性の問題が発生し、それらの互換性が制限されます。標準化の取り組みは、一貫した設計プラクティス、仕様、およびインターフェイスを確保し、異なるメーカーの PIC 間の相互運用性を促進するために不可欠です。業界の利害関係者、規制機関、および標準化団体間のコラボレーションは、通信やデータセンターからヘルスケアや航空宇宙に至るまでのアプリケーションの多様なニーズに対応する包括的な標準を開発するために不可欠です。これらの課題を克服することは、競争的な市場環境を育み、イノベーションを促進し、さまざまな分野でフォトニック集積回路の広範な採用を促進するために不可欠です。

主要な市場動向

高速データセンター相互接続の需要の高まり

世界のフォトニック集積回路 (PIC) 市場を形成する顕著な動向の 1 つは、高速データセンター相互接続の需要の高まりです。クラウド サービス、ソーシャル メディア、e コマース プラットフォームによって生成および処理されるデータが急増しているため、データ センターは膨大な量の情報を迅速かつ確実に送信しなければならないという大きなプレッシャーにさらされています。高速で低遅延の光通信を可能にするフォトニック集積回路は、データ センター相互接続の不可欠なコンポーネントになっています。相互接続の高速化のトレンドは、データ センター間のシームレスな接続の必要性によって推進され、効率的なデータ複製、バックアップ、リアルタイム データ分析を可能にします。PIC を活用することで、データ センターは大幅に高いデータ転送速度を実現し、遅延を減らして全体的な運用効率を高めることができます。企業がクラウドベースのサービスとビッグデータ分析に依存し続ける中、高度な PIC 技術を搭載した高速データセンター相互接続の需要は飛躍的に増加し、市場の革新を推進する見込みです。

通信および 5G ネットワークでの採用の増加

世界の光集積回路市場における主要な市場動向は、通信分野、特に 5G ネットワークの開発における PIC の採用の増加です。超高速データ速度、低遅延、および大規模なデバイス接続を約束する 5G 技術の展開には、高度な光通信ソリューションが必要です。PIC は、高周波信号処理、ビームフォーミング、および大規模 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 技術を可能にすることで、5G ネットワークで極めて重要な役割を果たします。これらの機能は、基地局とデバイス間のシームレスな通信を確保し、自律走行車、IoT デバイス、拡張現実などのアプリケーションをサポートするために不可欠です。 PIC は光トランシーバーの効率を高め、より高速で信頼性の高いデータ伝送を可能にします。これは、5G ネットワークの潜在能力を最大限に引き出すために不可欠です。世界中の通信プロバイダーが 5G インフラストラクチャに投資するにつれて、5G アプリケーション向けにカスタマイズされた PIC の需要が急増し続け、市場の大幅な成長を促進しています。

量子光集積回路の出現

世界の光集積回路市場で新たなトレンドとなっているのは、量子光集積回路の開発と商品化です。量子力学の原理を活用した量子コンピューティングと量子通信技術は、情報処理の分野に革命をもたらそうとしています。光の量子状態を操作する量子光集積回路は、これらのイノベーションの最前線にあります。これらの回路は、量子通信とコンピューティングの基礎となる量子もつれ、量子鍵配布、量子テレポーテーションなどのタスクを可能にします。研究者やテクノロジー企業は、量子コンポーネントをフォトニックチップ上に小型化して統合する上で大きな進歩を遂げており、量子技術の進歩に不可欠な量子フォトニック集積回路を生み出しています。量子フォトニック統合の傾向は、画期的な研究を促進するだけでなく、安全な通信、暗号化、計算のための新しい道を開き、PIC を量子技術革命の重要な推進力として位置付けています。

自律走行車用 LiDAR システムへの PIC の統合

世界のフォトニック集積回路市場で注目すべき傾向は、特に自律走行車用の LiDAR (光検出および測距) システムへの PIC の統合です。レーザー光を使用して距離を測定し、周囲の高解像度 3D マップを作成する LiDAR テクノロジーは、自動運転車にとって不可欠です。従来の LiDAR システムには、光学コンポーネントの複雑なアセンブリが含まれるため、かさばり、高価で、大量生産が困難です。しかし、フォトニック集積回路は、LiDAR システム向けのコンパクトで効率的なソリューションを提供します。レーザー、変調器、検出器、ビーム ステアリング要素を 1 つのチップに統合することで、PIC は LiDAR のセットアップを簡素化し、コストを削減し、信頼性を高めます。この傾向は、自動車業界の自動運転車への急速な移行によって推進されています。自動車メーカーとテクノロジー企業が安全で信頼性の高い自動運転システムの開発に注力する中、フォトニック集積回路に基づくコンパクトでコスト効率の高い LiDAR ソリューションの需要が大幅に増加し、大きな市場機会が生まれています。

ヘルスケアとバイオフォトニクスにおけるアプリケーションの拡大

世界のフォトニック集積回路市場で新たな傾向として、ヘルスケアとバイオフォトニクスにおけるアプリケーションの拡大が挙げられます。フォトニック集積回路は、医療機器、診断、バイオフォトニクス研究において革新的なアプリケーションを見出しています。ヘルスケアでは、PIC は高度な画像システム、光干渉断層撮影 (OCT)、バイオセンサーに使用されています。特に OCT システムは、PIC の小型化と統合機能の恩恵を受け、生物組織の高解像度画像化を可能にします。 PIC ベースのバイオセンサーは、バイオマーカーや病原体を迅速かつ高感度に検出するために使用され、病気の早期診断の潜在的なソリューションを提供します。バイオフォトニクスの研究では、PIC はさまざまな実験で光の操作を容易にし、細胞生物学、神経科学、遺伝学の研究をサポートします。ヘルスケアとバイオフォトニクスのアプリケーション拡大の傾向は、医療研究と診断における正確で効率的な光学ツールの必要性によって推進されています。ヘルスケア業界が技術の進歩を受け入れ続けるにつれて、ヘルスケアアプリケーション向けにカスタマイズされた特殊なフォトニック集積回路の需要が増加し、より広範な PIC 業界内でニッチ市場が形成されています。

セグメントの洞察

原材料の種類に関する洞察

III-V 材料セグメントは、世界のフォトニック集積回路 (PIC) 市場で支配的な勢力として浮上し、予測期間中もその優位性を維持すると予想されます。インジウムリンやガリウムヒ素などの化合物を含む III-V 材料は、高性能フォトニックデバイスに不可欠な優れた光電子特性を備えています。これらの材料は効率的な光の放出と検出を可能にするため、PIC で使用されるレーザー、変調器、検出器に不可欠です。III-V 材料セグメントは、高度な通信ネットワーク、データセンター、5G ネットワークや量子コンピューティングなどの新興技術で広く採用されているため、注目を集めています。III-V 材料ベースの PIC は、その効率性と信頼性により、高速データ伝送や複雑な光学アプリケーションで好ましい選択肢となっています。高速データ処理、光相互接続、革新的なフォトニックソリューションの需要が高まり続ける中、III-V 材料セグメントは優位性を維持すると予想されます。 III-V 材料ベースの PIC の性能と統合機能を最適化することを目的とした継続的な研究開発の取り組みにより、その地位がさらに強化され、予測期間中に市場での継続的な普及が確実になります。

統合プロセス

モノリシック統合プロセス セグメントは、世界のフォトニック集積回路 (PIC) 市場の支配力として浮上し、予測期間中もその優位性を維持すると予想されます。モノリシック統合では、レーザー、変調器、検出器などのすべてのフォトニック コンポーネントを単一の半導体基板上に製造します。この統合アプローチには、パフォーマンスの向上、フォーム ファクターのコンパクト化、信頼性の向上、大規模生産におけるコスト効率など、いくつかの利点があります。モノリシック PIC は、さまざまな光学要素をシームレスに統合し、効率的な光操作と伝送を可能にすることで知られています。これらの集積回路は、優れた性能と製造の容易さにより、通信、データ センター、センシング テクノロジーで広く使用されています。高速データ伝送、小型光デバイス、小型センサーの需要が高まり続ける中、モノリシック統合プロセスはさまざまな業界で好まれる選択肢であり続けています。半導体製造技術の継続的な進歩と、単一チップ上に複数の機能を統合する能力により、世界の光集積回路市場におけるモノリシック統合の優位性が維持され、市場環境での継続的な普及が保証されます。

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地域別インサイト

アジア太平洋地域は、世界の光集積回路 (PIC) 市場で支配的な勢力として浮上し、予測期間中もその優位性を維持すると予想されます。アジア太平洋地域、特に中国、日本、韓国、台湾などの国は、技術の進歩と製造能力の中心地となっています。大手半導体ファウンドリ、研究機関、堅牢なエレクトロニクス業界のエコシステムの存在により、さまざまなアプリケーションで光集積回路の採用が促進されています。高度な通信ネットワークの急速な展開、活況を呈する家電市場、高速データ伝送ソリューションに対する需要の高まりは、アジア太平洋地域の優位性に大きく貢献しています。フォトニクスの研究開発を促進する政府の取り組みと、主要な市場プレーヤーによる戦略的投資が相まって、この地域のPIC市場の成長がさらに加速しています。アジア太平洋地域は、PICの技術革新、製造の専門知識、市場需要で引き続きリードしているため、近い将来、世界のフォトニック集積回路市場で優位な地位を維持すると予想されます。

最近の開発

• 2023年10月、シリコンフォトニクス研究センターオブエクセレンスがIITマドラスに開設されました。このセンターは、高速データ伝送と処理に不可欠な技術であるシリコンフォトニクスの研究開発を推進することを目的としています。この取り組みは、この新興分野における最先端のイノベーションをリードするというIITマドラスの取り組みを強調しています。
• 2023年10月、オランダのPhotonVenturesは、ヨーロッパ全土で初期段階のフォトニックチップスタートアップを加速することを目的としたベンチャーキャピタルファンドを立ち上げました。初期投資額6,564万米ドルのこのファンドは、統合フォトニクス業界の急速な成熟と成長を強調しています。この多額の投資は、フォトニクス技術の進歩とセクターにおけるイノベーションの促進に対する強い取り組みを示しています。
• 2023年8月、Rockley Photonicsは、新たに立ち上げたAPI開発者プラットフォーム、Connect Edgeモバイルアプリケーション、安全なクラウドサービスを活用した初のフリーリビング研究の成功を発表しました。この研究では、デバイスおよび加速度計のデータとともに、リアルタイムの短波赤外線（SWIR）バイオマーカーをキャプチャするRockleyの統合センサー技術が紹介されました。 Rockley Connect モバイル アプリを使用すると、Bioptx™ Cardio などの Bioptx Band デバイスから Rockley の安全なクラウド環境へのシームレスなデータ転送が可能になります。開発者プラットフォームは、商業パートナーや研究パートナーにライブ データへのアクセスを提供し、Rockley の革新的なソリューションへの関与を強化します。
• 2023 年 3 月、iPronics は、ワイヤレス信号処理、データ センター、機械学習、その他の高度なコンピューティング アプリケーション向けに設計されたカスタマイズ可能なフォトニック チップを発表しました。同社は、光学ハードウェアを利用して、さまざまなアプリケーションのニーズを満たす柔軟なフォトニック システムを開発しています。
• 2022 年 3 月、EFFECT Photonics と Jabil Photonics は提携して、新世代のコヒーレント光モジュールを開発しました。これらのモジュールは、クラウド データ センター相互接続 (DCI) 向けに、パフォーマンスの向上、コンパクトな設計、低消費電力、コスト効率、現場での交換可能性、ベンダー相互運用性を提供することで、ネットワーク オペレーターとハイパースケーラーのニーズに応えます。次世代のコヒーレント光モジュールは、データ フロー管理、サービス継続性、セキュリティ、グローバル展開、持続可能性に対する高まる需要に対応するようにカスタマイズされています。

主要市場プレーヤー

• Infinera Corporation
• Intel Corporation
• Cisco Systems, Inc.
• Huawei Technologies Co., Ltd.
• Ciena Corporation
• Broadcom Inc.
• Nokia Corporation
• Fujitsu Limited
• Alcatel-Lucent Enterprise Inc.
• Lumentum Operations LLC