Yole：我們處于硅光子產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的臨界點(diǎn)

“ Yes, we’ve reached Si photonics’ tipping point! ”

——   Yole Développement

  Iccsz訊（編譯：Aiur） 社交、視頻和游戲產(chǎn)業(yè)正推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增長，帶寬成為跨越數(shù)據(jù)中心通信的升級(jí)門檻，提升帶寬已是當(dāng)務(wù)之急。據(jù)近日法國市場調(diào)研公司Yole發(fā)布的《Silicon Photonics 2018》報(bào)告，認(rèn)為從短期來看硅光子是提高帶寬的有效方案，基于這種新型光子技術(shù)的收發(fā)器已經(jīng)推向市場，該技術(shù)應(yīng)用過去受到來自Google、Apple、Facebok、Amazon和Microsoft(GAFAM)等互聯(lián)網(wǎng)巨頭推動(dòng)，而現(xiàn)在中國的百度、阿里和騰訊（BAT）也在積極影響該技術(shù)的推廣。

  事實(shí)上在中國，數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅速，該市場已有超過6.5億的互聯(lián)網(wǎng)用戶，三大電信運(yùn)營商也大規(guī)模部署自己的光纖網(wǎng)絡(luò)。2018年，新一輪超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心預(yù)計(jì)在中國開啟建設(shè)，推動(dòng)光器件需求上升，開展新的光纖部署并升級(jí)光學(xué)技術(shù)。在美國和歐洲，F(xiàn)acebook、Google、Amazon等大公司正在發(fā)展屬于自己的數(shù)據(jù)中心光纖技術(shù)，他們普遍采取跟芯片公司合作的模式，例如Facebook和Microsoft都和Inter開展了合作。

  當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)流量在用戶和數(shù)據(jù)中心之間傳遞時(shí)，越來越多數(shù)據(jù)通信發(fā)生在數(shù)據(jù)中心，讓現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心交換互聯(lián)變得更加困難，成本越來越高，由此技術(shù)創(chuàng)新變得十分重要與緊迫。一種半導(dǎo)體技術(shù) — 硅光子，具有市場出貨量與成本成反比的優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)的光子技術(shù)，硅光器件可以滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)更低成本、更高集成、更多嵌入式功能、更高互聯(lián)密度、更低功耗和可靠性的依賴。

  Yole指出，越來越多的有實(shí)力的企業(yè)正在加入這一領(lǐng)域。經(jīng)歷16年發(fā)展，英特爾成功滲透進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域，它聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)者Luxtera公司塑造當(dāng)前市場。更多創(chuàng)業(yè)公司正在誕生，更多產(chǎn)品正在進(jìn)入市場，其中大部分是100G，少部分400G產(chǎn)品也開始出現(xiàn)。2016年在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)表現(xiàn)優(yōu)異的公司除了Luxtera，還有Acacia，該公司成功推出單芯片的硅光子100G相干收發(fā)器，其應(yīng)用在城域網(wǎng)領(lǐng)域，為電信級(jí)硅光子打開新的道路。

2017年硅光子產(chǎn)業(yè)陣容

  100G市場將會(huì)繁榮，下一步是400G

  盡管硅光子如今仍是小眾市場，2016年市場規(guī)模僅約3000萬美元。但是它成長空間巨大，預(yù)計(jì)2025年硅光芯片市場價(jià)值達(dá)到5.6億美元，收發(fā)器市場達(dá)到40億美元，意味著硅光子技術(shù)將從2016年光收發(fā)器市場很小比例，發(fā)展到2025年占比35%，而且數(shù)據(jù)中心占了絕大部分。400G需求最為強(qiáng)烈，200G很可能只是100G向400G演進(jìn)的短暫過度階段。演進(jìn)的下一步是發(fā)展一根光纖傳輸超過500米的400G光端口，價(jià)格低于1美元/Gb并且功耗低于5mW/Gb，達(dá)到1Tb/秒速率。雖然晶圓面積只是全球硅絕緣子(SOI)市場的一小部分，但由于SOI晶片的高價(jià)格，它將代表重要的價(jià)值，而法國SOITEC公司是主要供應(yīng)商。

硅光子收發(fā)器市場預(yù)測

  我們處在大規(guī)模部署的前端

  Yole認(rèn)為行業(yè)距離全世界大規(guī)模部署高集成器件的臨界點(diǎn)已經(jīng)十分臨近。從近期半導(dǎo)體代工巨頭動(dòng)態(tài)來看，例如TSMC與Luxtera合作，GlobalFoundries與Ayar Labs合作都對(duì)硅光子商用起到重要的推動(dòng)作用。STMicroelectronics是當(dāng)前主要硅光子制造商。在發(fā)展中“Zero-Change”零改變是可行的，因?yàn)橹圃旃韫馄骷⒉恍枰獙?duì)CMOS工藝進(jìn)行改變，這樣方便在inter-chip光互聯(lián)領(lǐng)域創(chuàng)造具備規(guī)?；氖袌鰬?yīng)用。硅光子早在1980年代的電子行業(yè)便處于成熟階段，但在光電子行業(yè)還有一些挑戰(zhàn)需要克服。這些挑戰(zhàn)需要技術(shù)克服以下：

  1、光源：低成本、低速率<50Gb/s

  2、更小調(diào)制器：便宜、更好的峰值驅(qū)動(dòng)性能、低功耗

  3、水平封裝，晶圓規(guī)?；瘻y試

  4、設(shè)計(jì)和軟件：光學(xué)軟件定制化和客制化，

  5、成熟的供應(yīng)鏈

  6、制造：CMOS工藝零改動(dòng)是新趨勢。

2017-2021硅光子路線圖

  從數(shù)據(jù)通信到其他應(yīng)用

  除了數(shù)據(jù)中心，其他領(lǐng)域也需要硅光子。高性能計(jì)算通常指的是將計(jì)算能力以一種比一般的臺(tái)式計(jì)算機(jī)或工作站所能得到的更高性能的方式進(jìn)行聚合，以解決科學(xué)、工程或商業(yè)中的問題。由于微處理器性能的加速增長和最近的芯片多處理器(CMP)的出現(xiàn)，高性能計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵性能瓶頸已經(jīng)從處理器轉(zhuǎn)移到通信基礎(chǔ)設(shè)施。因此，通過探索波分復(fù)用(WDM)技術(shù)平行和容量，光互聯(lián)可以提供更高帶寬、低時(shí)延解決方案，解決未來計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大帶寬挑戰(zhàn)。高帶寬能力、節(jié)能率透明和TOF時(shí)延可以保持光連接記憶系統(tǒng)性能。.

  電信市場也是硅光子一個(gè)潛在應(yīng)用市場，特別是80km至1500km范圍的城域網(wǎng)絡(luò)。例如Acacia正在開發(fā)電信級(jí)的硅光子模塊。相干技術(shù)首先部署在長途網(wǎng)絡(luò)，而Acacia的相干技術(shù)減少偏振色散和損耗，也減少了信道頻帶。

  光纖到戶(FTTH)也是硅光子不可或缺的應(yīng)用場景，特別是第二代千兆光網(wǎng)絡(luò)(GPON2)。硅光子可在FTTH 10G向25G升級(jí)過程中起到重要，因?yàn)樗鼡碛懈嗨枰墓δ?，比如波長調(diào)諧和開關(guān)。

  其他方面，感應(yīng)領(lǐng)域如生物醫(yī)療和感應(yīng)器；未來車輛會(huì)要求更高水平的安全，其快速反應(yīng)需要更低時(shí)延；硅光子對(duì)雷達(dá)應(yīng)用也有很大吸引力，IMEC正在開發(fā)相關(guān)技術(shù)，一些研發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)；還有航天航空方面，尺寸重量跟減少功耗一樣有嚴(yán)格要求，而硅光子都可以改善。

  原文鏈接：https://www.i-micronews.com/report/product/silicon-photonics-2018.html#description