2030年光子集成电路市场展望

  ICC讯  到这个十年末，哪些市场将成为光子集成电路（PIC）的主要应用市场？PIC行业面临哪些挑战？

  在上月于荷兰埃因霍温举行的欧洲PIC峰会活动上，一个小组会议探讨了2030年光子集成电路的市场将会是什么样子。

  目前，PIC市场主要由数据通信和电信主导。然而，新兴的应用领域包括医疗设备和可穿戴设备、光计算、自动驾驶汽车以及石油、天然气、水和农业行业的传感应用。

  LightCounting市场研究公司参加欧洲PIC峰会小组讨论时，分享了两个预测图表。其中一个展示了LightCounting最新的以太网模块预测，强调了未来五年内预期的快速增长，包括1.6Tbps和3.2Tbps可插拔模块的采用情况。另一个图表则显示了硅光子学如何获得市场份额，并预计到2029年将占据所有光收发器近一半的份额。

  因此，LightCounting认为，到2030年，数据通信和电信仍将是PIC的主要市场，这并不奇怪。此外，人工智能给光学行业带来的挑战意味着光电子技术的发展将继续推动PIC市场的整体发展。

  在欧洲PIC峰会小组讨论之前，《Gazettabyte》寻求了一些业界观点。什么有助于PIC领域的进步，PIC行业应该关注什么？关于2030年的PIC市场又有哪些看法？

  被咨询者主要集中在数据通信和电信方面。但Coherent公司的CTO Julie Eng还涵盖了新兴的光子市场，而Mehdi Asghari是专注于激光雷达市场的硅光子初创公司SiLC Technologies的CEO。

  新兴的PIC市场

  Infinera创始人、隐身初创公司AttoTude创始人及CEO Dave Welch表示，用于数据通信和电信的PIC正在蓬勃发展，而用于激光雷达和传感领域的PIC则是正在快速兴起的应用，并且具有相当大的市场需求量。

  “数据通信和电信将在可预见的未来占主导地位，”Welch说道。“我不认为会有其他同等规模的应用出现。”

  研发总监Maxim Kuschnerov指出，2030年并没有那么遥远：“这最多相当于两个大的产品周期。”他也认为数据通信和电信将继续是PIC的主要市场。

  Coherent的Eng同意这一观点：“PIC的主要驱动力将是数据通信和电信，但如果你寻找额外的驱动因素，健康监测可能是一个。”

  Coherent在新冠疫情期间经历了医用光学组件需求的增长。“疫情增加了对PCR（聚合酶链反应）测试的需求，这促进了我们的产品如光学滤波器和热电冷却器的需求增长，”Eng说。“疫情让人们更加关注健康监测，结合智能手表中先进的健康监测功能，人们对个人健康监测的兴趣也有所增长。”

  Eng指出，尽管新冠疫情后用于PCR检测的组件销售下降，但人们对个人健康监测的兴趣仍然很高。

  企业也在利用硅光子技术和半导体激光器来开发生物传感应用。“在某些情况下，这种应用所需的硅光子PIC可能会相当大，因为通常需要监测多个波长，”Eng说道。她还强调了潜在的市场需求量：“如果手表中的生物传感技术得以广泛应用，其需求量可能会超过数据通信收发器，并且所用的PIC也可能较大。因此，这是一个值得关注的应用领域。”

  “疫情的经历极大地推动了即时检验市场的发展，其中包括生物传感器的应用，”领先的生物传感器研究员Laura Lechuga教授说道。“这是一个每年都在增长的市场，在学术界和工业界都有着密集的研究与开发活动。毫无疑问，即时检验将是诊断技术的未来。”

  Kuschnerov也提到了健康监测市场。“业内在使用光学传感进行无创血糖监测方面已经做了很多工作，但尚不清楚这是否能通过FDA（美国食品药品监督管理局）批准，”Kuschnerov说。“这可能会改变糖尿病患者的生活。”

  Rafik Ward是一名顾问，为包括即时医疗设备市场在内的公司提供PIC开发服务。一家开发PIC技术的初创公司意识到它正在与低成本的即时诊断设备竞争。该初创公司面临的另一个挑战是漫长的开发周期和进入医疗市场的难度。最终，该公司决定重新聚焦于通信领域。

  “新冠疫情让我们意识到，我们的分销和物流生态系统是多么脆弱，以及它对低成本劳动力的依赖程度有多高，”SiLC的Asghari说道。在新冠疫情之后，劳动力短缺问题持续存在，并推动了仓库和物流自动化的进程。“对于我们激光雷达业务而言，这为机器人技术和自动化创造了巨大的需求，”Asghari说。

  另一个驱动因素是劳动年龄人口的减少——每年大约减少1%——这是由于过去20年间工业国家的人口增长率下降所致。

  “这是一个重大的问题，并且随着时间的推移变得越来越关键，”Asghari表示。“如果机器人需要完成人类所做的工作，那么它们就需要像我们一样看世界，而普通的摄像头甚至3D成像仪并不能满足这种需求。”

  Kuschnerov认为，最终气体、石油、水质及农业领域将使用光学传感变体，但他预计这些领域的市场需求不会很高。

  另一个可穿戴市场是增强现实/虚拟现实（AR/VR）眼镜。这个大批量市场多年来一直被预测会出现，但实际上相关工作正在进行中，例如为这类眼镜开发衍射波导技术。“这里确实有研究在进行，这不能忽视，但就目前而言，这个市场还不存在，”Kuschnerov说道。

  红外传感器在自主无人机战争中的应用预计将增长。他说，正在乌克兰和中东使用的军用无人机正在改变现代战争，这一发展已被主要军事力量所注意到。

  用于机器人3D视觉的VCSEL将继续保持重要地位。“未来将充满这类（类似特斯拉的）机器人。我确信它们会需要VCSEL阵列，”Kuschnerov说道。

  PIC行业面临的挑战

  Ward表示，对于PIC来说，最优先考虑的时是晶圆厂（fabs）需要缩短从设计定稿到芯片交付的周期时间。

  磷化铟晶圆厂通常能在六到八周内完成芯片生产，而一些大型硅光子学晶圆厂则需要五个月。此外，芯片设计往往需要经过两到三次迭代才能投入生产。“磷化铟每一代都比硅光子学技术领先6个月或更长时间，这一点我们不应该感到惊讶，”Ward说。“这只是简单的数学问题。”硅光子学需要发展，以确保与磷化铟产品同时推出新一代通信产品。

  Ward还强调了改进工艺设计工具包（PDKs）的需求。“尽管这方面正在改善，但由于PDKs不够成熟，PIC客户仍然需要做太多重复的工作，”他说。

  AttoTude的Welch指出，在过去的几年里，PIC的价值在于集成光学器件，特别是激光器。然而，激光器的问题在于其与硅电路的环境兼容性。“如果我们期望更多的系统集成，这个问题需要得到改善，”Welch说。

  Lechuga教授表示，生物传感器面临的主要障碍之一是以低成本进行大规模生产。“欧洲是否能够提供这样的生产能力将非常值得关注，”她说。

  另一个问题是PIC带来的好处。对于Eng来说，PIC必须解决问题，并且比现有解决方案以更低的成本提供价值。“这是一个很高的要求，”Eng说。“光学技术专家必须了解拥有许多成熟技术的新市场。”

  获取帮助

  Asghari提出了几种光学行业和政府可以提供帮助的方式，而不仅仅是针对PIC。行业和政府必须采取审慎措施，以避免繁荣与萧条的周期，或者至少不要助长这种周期。。

  “我现在看到了AI炒作，这让我回想起2000年代的经历，”Asghari说。“这对任何人都没有帮助，而且严重阻碍了行业发展。”

  他还呼吁实现更加公平的贸易，但不是通过加征关税的方式来达到这一目的。“我们需要公平，”他说，“我们的市场是开放的，我们遵循的规则不允许政府直接支持产业。”

  但他指出，中国在这方面更加灵活和自主。“我们的应对措施是对我们制造业所需进口商品加征关税，不幸的是，许多这些商品仍然来自中国。”因此，让公司在西方更容易进行生产，并帮助恢复基本的关键能力变得非常重要。“我们应该鼓励投资而不是对其征税，同时应该激励风险投资社区投资硬件，而这一点现在几乎没有人做了，”Asghari说道。

  人口减少和对自动化的需求为光子行业提供了领先的机会。“但由于缺乏投资，我们再次失去了机会，就像我们在电动汽车市场上的失利一样，”他警告说。

  对于Asghari而言，需要的是长远的眼光、稳定性和公平性。

  原文：https://www.gazettabyte.com/home/2024/10/29/the-markets-for-photonic-integrated-circuits-in-2030.html