シリコンフォトニクス市場 - 2018～2028年の世界産業規模、シェア、トレンド、機会、予測、コンポーネント別（レーザー、変調器、PIC、光検出器、超低損失導波路）、アプリケーション別（データセンター、通信、民生用電子機器、ヘルスケア、自動車、その他）、導波路別（400～1,500 NM、1,310～1,550 NM、900～7000 NM）、製品別（トランシーバー、可変光減衰器、スイッチ、ケーブル、センサー）、材料別（シリコンまたはシリコンベースの合金、インジウムリン、その他）、地域および競合状況別

シリコンフォトニクス市場は、5G業界の急速な発展とクラウドベースのサービスの需要の急増により、予測期間中に成長すると予想されており、シリコンフォトニクス市場で製品を提供する企業に多くの機会を提供します。長年にわたり、主要なプレーヤーはシリコンフォトニクス技術に関心を示してきました。Intel Corporation、Cisco Systems、Inc.、IBM Corporation、Juniper Networks、Inc.などのプレーヤーは、成長するシリコンフォトニクス市場での優位性を主張するために多額の投資を行ってきました。しかし、このような大きな成長にもかかわらず、シリコンフォトニクス市場は、さまざまな通信システムの採用の問題、熱影響のリスク、通信分野での商業化の欠如など、多くの課題に直面しています。

光ビームを介してコンピューターチップ内のデータを送信する新しい技術は、シリコンフォトニクスと呼ばれています。シリコンフォトニクスは将来的に大きなチャンスがあります。これにより、より少ない電力で、信号損失なしに、より多くのデータを転送できます。

世界のシリコンフォトニクス市場：推進要因とトレンド

5G通信の需要の増加：

シリコンフォトニクス技術は、通信業界を完全に変えると予想されています。これまで、データは銅線を介して電気信号の形で送信されていました。しかし、より高速なデータ速度を可能にする5G通信などの技術の出現と、銅が許容する最大スループットは、潜在的にコンピューティング速度のボトルネックとして機能する可能性があります。したがって、シリコンフォトニクスでは、より多くのパターン化されたシリコンを使用してデータを運ぶレーザー信号を送信し、より多くのデータをより速く移動できるようにするとともに、消費電力を削減します。さらに、シリコンフォトニクスは、現在のシリコンベースの技術と同じ規模で簡単に製造できます。さらに、Intel Corporation などの企業は、5G および IoT アプリケーションで使用される 100G シリコン フォトニクス トランシーバーのポートフォリオを強化しています。

シリコン フォトニクス技術は、帯域幅、電磁場に対する耐性、光ファイバーとの互換性、柔軟性などの優れた機能のため、主に光通信システムおよびネットワークで使用されています。相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) 互換プロセスによるフォトニック デバイスの製造により、低コストでフットプリントの小さい回路への新しい道が開かれ、多数のネットワーク セグメントと新しいアプリケーションで光技術が使用されるようになりました。5G では、4G ベースバンド ユニット (BBU)、無線リモート ユニット (RRU)、およびアンテナが集中ユニット (CU) に再構築されます。一方、分散ユニット (DU) とアクティブ アンテナ ユニット (AAU) により、ネットワークにフロントホール、ミッドホール、バックホールが組み込まれるようになります。これらの変化により、5G ネットワーク アーキテクチャの重要なリンクに関連する高帯域幅と距離の要件を満たす光トランシーバの需要が高まっています。

スマートフォンやその他の接続デバイスの増加により、これらのデバイスが特定の時点でネットワークを介して大量のデータを転送するため、データ トラフィックが増加し、エンド ユーザーからの 5G の需要がさらに高まっています。大手ネットワーク ソリューション プロバイダーの Telefonaktiebolaget LM Ericsson によると、毎月のグローバル モバイル データ トラフィックは、2023 年末までに 100 エクサバイト (EB) を超えると予想されています。さらに、ヘルスケア、コンシューマー エレクトロニクス、自動車の各分野からの高速ネットワーク ソリューションのニーズにより、5G サービス プロバイダーにとって大きなチャンスが生まれています。したがって、5Gインフラストラクチャの需要の増加は、シリコンフォトニクス市場の成長にプラスの影響を与えるでしょう。

シリコンフォトニクスによる高速データ伝送：

通信業界では、銅線を介した高速かつ大容量のデータ伝送に対する急増する需要を満たすための改善されたソリューションとして光ファイバー技術を採用しています。現在、膨大な量のデータが長距離ファイバーを介して送受信されているため、光-電気-光変換を必要とし、信号損失を引き起こす高電力消費の電気スイッチが置き換えられています。これにより、伝送品質を向上させ、単一の伝送を数十、時には数千のサーバーにリンクするフォトニックスイッチが登場しました。

さらに、シリコンベースのフォトニックスイッチは、低コストで大容量であるため、高度なCMOSテクノロジーを使用して強力なプラットフォームとして研究者から大きな注目を集めています。さらに、従来の銅ケーブルは、データ転送容量が遅いため、データセンターの進化と高性能コンピューティング（HPC）を妨げています。さらに、HPC アプリケーション、データセンター、または増大するデータ量の効率的な管理には不十分であると見なされています。一方、シリコンフォトニクスの場合、データはコンピュータチップ間で光によって伝送され、電気導体よりも短時間で大量のデータを伝送できます。シリコンフォトニクス技術の進歩に伴い、コスト効率の高い方法で 1 tbps のデータ転送速度を実現できると予想されています。

Intel Corporation、IBM Corporation、Cisco Systems, Inc. などの企業は、シリコンフォトニクスを、データセンターシステムのデータ交換方法を再構築し、よりスリムなラック機器を作成できる有望な技術と見なしています。そのため、これらの企業は技術に投資しています。IBM Corporation は、電気信号の代わりに光を使用してデータを転送するシリコンナノフォトニクス技術に投資しており、サーバー、大規模データセンター、スーパーコンピューターのコンピューターチップ間で光パルスを介して大量のデータを迅速に転送できます。シリコンフォトニクスチップの統合により、信号強度が強くなり、長距離から大容量データ（100 GB以上）を転送することが容易になりました。現在、シリコンフォトニクス技術は北米やヨーロッパなどの地域で広く使用されています。さらに、データセンターなどのアプリケーションでより高い帯域幅の需要が高まるにつれて、業界は製造プロセスを推進するために垂直統合へとシフトするでしょう。さらに、今後数年間でオプトエレクトロニクス製品の開発における研究活動が増加すると予想されます。

データセンターの導入の増加：

データセンターは、情報の取り込み、計算、保存、管理において重要な役割を果たしてきました。しかし、多くのデータセンターは扱いにくく、非効率的で、時代遅れです。そのため、データセンターを稼働させ続けるために、データセンターの運営者は、常に変化する世界に合わせてアップグレードしています。さらに、シスコシステムズ社は、2021年にデータセンター内のトラフィックが3倍に増加し、Google、Amazon、Facebook、Apple、Microsoftなどの大手企業が開発したハイパースケール施設が大きなシェアを占めると主張しています。ハイパースケールデータセンターは、そのアーキテクチャにより、事実上あらゆるサイズに拡張できます。これらのセンターでは、個々のサーバーやそのサポート機器などの基本的な構成要素間で一括データを移動するために高速接続が必要です。

データセンターの最先端の伝送速度は、ほとんどが100 Gb/sです。ただし、業界は現在、約400 Gb/sの速度の導入を目指しています。この速度も今後増加すると予想されています。速度の向上は、シリコンフォトニクスソリューションが通信構造のより深いところまで容易に進むことができることを意味します。さらに、PICの最大の需要は、データおよび通信ネットワークのデータセンター相互接続（またはDCI）であり、5Gワイヤレステクノロジー、自動車または医療センサーなどの新しいアプリケーションが登場しています。最も使用されているのはリン化インジウム（InP）ですが、シリコンフォトニクスの成長率はより高くなっています。シリコンフォトニクス技術は、さまざまなデータセンターのシステム間接続に採用されています。この技術は、サーバー内のチップ上のセクション間でもさらに普及すると予想されています。

世界のシリコンフォトニクス市場：課題

複雑な設計プラットフォームと製造プロセス：

シリコンフォトニクスは、データ通信、アクセスネットワーク、帯域幅集約型電子機器のI/Oなどのアプリケーションに加えて、分光法やセンシングの新たなアプリケーションにより、高帯域幅光通信で急速に成熟しています。サイドバイサイド、スタック、または同じチップ上でのフォトニクスとエレクトロニクスの統合は、フォトニクスから最適なパフォーマンスを引き出すために必要です。ただし、フォトニクスとエレクトロニクスを組み合わせると、複雑なフォトニック回路と電子回路の共同設計と共同シミュレーション、フォトニック回路を処理できる検証アルゴリズム、変動に対する許容度など、設計面でさまざまな新しい問題が発生する可能性があります。

システムレベルのアプリケーションの製造プロセス、設計プラットフォーム、および特定のデバイス設計には、依然として大きな課題があります。シリコンフォトニクスの基本的な価値提案は、現在の最先端のマイクロエレクトロニクスチップと比較して、解像度の低い CMOS プロセスを使用して成熟した製造プロセスを活用できることです。ただし、高品質の電子デバイスの既存の製造技術では、必ずしも高品質の光デバイスを大量に実現できるわけではありません。シリコンフォトニックデバイスにおける CMOS とフォトニクスのモノリシック統合は、特定の製造プロセスの設計ルールに大きく依存しており、現在、高い歩留まりを実現するためにデバイスを後処理する必要があります。

シリコンフォトニクスデバイスのパッケージングの問題

パッケージングは、シリコンフォトニクスデバイスのシステムレベルの実装で重要な役割を果たします。シリコンフォトニックデバイスを市場に出すには、コスト効率が高く堅牢なパッケージが必要です。シリコンフォトニクスが実用的なプラットフォームとなるには、パッケージの自動化が必要です。パッケージングにおける重要な問題は、大量の光接続、熱安定性、および電子部品の適切なパッケージングです。市販のシリコンフォトニクスデバイスのほとんどはトランシーバーです。グレーティングカップラーは通常、光接続を提供します。

熱安定性も、シリコンフォトニックデバイスのパッケージングにおける重要な問題です。これらのデバイスの中には、熱によって誘起される大きな屈折率の変化を利用するものがあります。デバイスは、外部の温度変動によってデバイスの動作が変化しないようにパッケージ化する必要があります。さらに、この過剰な熱発生につながるシリコンフォトニクスの物理的特性は、2光子吸収、つまり電子正孔対が光子対の助けを借りて励起されるプロセスです。ただし、このプロセスでは、不要な熱と光が発生します。熱発生のため、シリコンフォトニクス技術は環境に優しくない技術と見なされており、熱汚染によって周囲の温度が大幅に上昇します。そのため、熱電冷却器 (TEC) を使用したパッケージングが一般的になりつつあります。ただし、これらのコンポーネントは、デバイスの全体的な電力とコストを増加させます。\

市場セグメント

世界のシリコンフォトニクス市場は、コンポーネント、アプリケーション、導波路、製品、材料、および地域に分類されています。コンポーネントに基づいて、市場はレーザー、変調器、PIC、光検出器、超低損失導波路に分類されています。アプリケーションに基づいて、市場はデータセンター、通信、民生用電子機器、ヘルスケア、自動車、その他に分類されています。導波路に基づいて、市場は400〜1,500 NM、1,310〜1,550 NM、900〜7000 NMに分類されています。製品に基づいて、市場はトランシーバー、可変光減衰器、スイッチ、ケーブル、センサーに分類されています。材料に基づいて、市場はシリコンまたはシリコンベースの合金、リン化インジウム、その他に分類されています。地域に基づいて、市場は北米、アジア太平洋、ヨーロッパ、南米、中東およびアフリカに分割されています。

市場プレーヤー