硅基光電子行業(yè)細(xì)分市場(chǎng) 硅基光電子市場(chǎng)研究報(bào)告

• 劉明月 2023年10月12日 來(lái)源：中研研究院 1223 79
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未來(lái)硅基光電子技術(shù)進(jìn)入芯片間互連及物聯(lián)網(wǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)模將呈指數(shù)性增長(zhǎng)。硅基光電子優(yōu)勢(shì)明顯，除了在光通信領(lǐng)域的作用外，在其他商業(yè)領(lǐng)域如：光傳感、光計(jì)算、醫(yī)療健康和激光雷達(dá)等領(lǐng)域的價(jià)值也逐漸顯現(xiàn)，一個(gè)接一個(gè)應(yīng)用得以落地。

硅基光電子學(xué)目前最迫切的需求來(lái)源于高速度，大容量，低成本的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)，以及大數(shù)據(jù)中心。

根據(jù)工信部的定義，超大型數(shù)據(jù)中心是指規(guī)模大于等于10000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心;大型數(shù)據(jù)中心是指規(guī)模大于等于3000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜小于10000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心;中小型數(shù)據(jù)中心是指規(guī)模小于3000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心。大數(shù)據(jù)中心行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)從數(shù)據(jù)中心類(lèi)型來(lái)看，超大型數(shù)據(jù)中心占比正在持續(xù)提升。

硅基光電子學(xué)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題包括: 微納米范圍之內(nèi)的光電相互作用及影響，微納范圍內(nèi)光-光，光-熱、光-機(jī)，光-磁，光-生化等的傳感行為，微納光電器件的計(jì)算機(jī)模擬，微納光電器件的耦合，微納傳感器件的集成，微弱信號(hào)的探測(cè)與放大，微納薄膜技術(shù)，電子束光刻，納米壓印技術(shù)，聚焦離子束加工，高精度等離子體工藝等。

硅基光電子行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)

硅基光電子就是研究和開(kāi)發(fā)以光子和電子為信息載體的硅基大規(guī)模集成技術(shù)。其核心內(nèi)容就是研究如何將光子器件"小型化"、“硅片化”并與納米電子器件相集成，即利用硅或與硅兼容的其他材料，應(yīng)用硅工藝，在同一硅襯底上同時(shí)制作若干微納量級(jí)，以光子和/或電子為載體的信息功能器件，形成一個(gè)完整的具有綜合功能的新型大規(guī)模集成芯片。

硅基光電子技術(shù)擁有光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術(shù)在大規(guī)模集成、低能耗、低成本等方面的優(yōu)勢(shì)，更適應(yīng)未來(lái)高速、復(fù)雜的光通信系統(tǒng)。同時(shí)可以滿足長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸以及微電子芯片間的短距離大容量數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)與微電子集成電路進(jìn)行單片集成，實(shí)現(xiàn)高速、低功耗的片上互連，突破微電子處理器在數(shù)據(jù)互連上的瓶頸。

硅基光電子集成技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)“硅光技術(shù)”)，通過(guò)傳統(tǒng)微電子?CMOS?工藝實(shí)現(xiàn)光電子器件和微電子器件的單片集成，是研究和開(kāi)發(fā)以光子和電子為信息載體的硅基大規(guī)模集成技術(shù)。

目前硅光電子芯片正于螺旋上升的狀態(tài)，是一個(gè)嶄新的技術(shù)。預(yù)計(jì)到2026年，全球硅光市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)70億美元。未來(lái)硅基光電子技術(shù)進(jìn)入芯片間互連及物聯(lián)網(wǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)模將呈指數(shù)性增長(zhǎng)。

硅基光電子優(yōu)勢(shì)明顯，除了在光通信領(lǐng)域的作用外，在其他商業(yè)領(lǐng)域如：光傳感、光計(jì)算、醫(yī)療健康和激光雷達(dá)等領(lǐng)域的價(jià)值也逐漸顯現(xiàn)，一個(gè)接一個(gè)應(yīng)用得以落地。所以，硅光產(chǎn)業(yè)將在21世紀(jì)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

圖表：中國(guó)光模塊行業(yè)企業(yè)數(shù)量規(guī)模

數(shù)據(jù)來(lái)源：中研普華研究院

硅基光電子市場(chǎng)的拓展和系統(tǒng)規(guī)模的大幅度提升，硅基光電子片上系統(tǒng)架構(gòu)正向多通道和高并行的架構(gòu)演進(jìn)，隨之而來(lái)的便是日趨增長(zhǎng)的對(duì)低成本和高穩(wěn)定性并行光源的需求。然而，由于硅材料本身不發(fā)光，硅基激光器的實(shí)現(xiàn)一直是世界性難題，在硅基光電子芯片上研發(fā)出多路并行的硅基光源更被公認(rèn)為是該領(lǐng)域最大的瓶頸之一。

超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)引領(lǐng)光模塊進(jìn)入400G時(shí)代，從現(xiàn)有技術(shù)規(guī)格來(lái)看，400G光模塊主要分為OSFP(25GPAM4*8;更適合電信;)、QSFP-DD(50GNRZ*8;適合短距數(shù)據(jù)中心)、CFP8三種方案。當(dāng)前400G模塊的需求來(lái)源是云廠商，對(duì)于其超大數(shù)據(jù)中心而言，并不要求長(zhǎng)距離傳輸，對(duì)能耗指標(biāo)和尺寸要求較高，QSFP-DD為數(shù)據(jù)中心400G光模塊首選。

預(yù)計(jì)到2026年全球光模塊市場(chǎng)規(guī)模約210億美元，并且2020-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率將高達(dá)14%。

2024-2028年硅基光電子行業(yè)投資建議

一、硅基光電子行業(yè)發(fā)展策略建議

二、硅基光電子行業(yè)投資方向建議

三、硅基光電子行業(yè)投資方式建議

中研研究院出版的《2023-2028年中國(guó)硅基光電子行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示

《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018—2022年)》指出，目前高速率光芯片國(guó)產(chǎn)化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)60%，高端光電子芯片國(guó)產(chǎn)化率突破20%。

目前我國(guó)十四五政策上來(lái)看，上海市明確提出發(fā)展光子芯片與器件，重點(diǎn)突破硅光子、光通訊器件、光子芯片等新一代光子器件的研發(fā)與應(yīng)用，對(duì)光子器件模塊化技術(shù)、基于CMOS的硅光子工藝、芯片集成化技術(shù)、光電集成模塊封裝技術(shù)等方面的研究開(kāi)展重點(diǎn)攻關(guān)。

硅基光電子技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì)80年代，Soref發(fā)現(xiàn)了晶體硅中的等離子色散效應(yīng)，為硅基電光調(diào)制提供了理論基礎(chǔ)。硅光子技術(shù)其核心理念是“以光代電”，即利用激光束代替電子信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。硅光子技術(shù)將硅光模塊中的光學(xué)器件與電子元件整合到一個(gè)獨(dú)立的微芯片中，使光信號(hào)處理與電信號(hào)的處理深度融合，最終實(shí)現(xiàn)真正意義上的“光互聯(lián)”。

硅基光電子行業(yè)研究的具體內(nèi)容包括: 硅中光子與電子的相互作用, 硅基光波導(dǎo)，硅基無(wú)源器件，硅基光源，硅基光學(xué)調(diào)制，硅基光電探測(cè)器，硅基表面等離子激元器件，硅基光電子器件工藝與系統(tǒng)集成，硅基光電子學(xué)的應(yīng)用等。

硅基光電子技術(shù)擁有光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術(shù)在大規(guī)模集成、低能耗、低成本等方面的優(yōu)勢(shì)，更適應(yīng)未來(lái)高速、復(fù)雜的光通信系統(tǒng)。同時(shí)可以滿足長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸以及微電子芯片間的短距離大容量數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)與微電子集成電路進(jìn)行單片集成，實(shí)現(xiàn)高速、低功耗的片上互連，突破微電子處理器在數(shù)據(jù)互連上的瓶頸。

硅基光電子市場(chǎng)研究報(bào)告

硅基光電子集成芯片的性能受限于硅材料本身的光電性能，仍存在無(wú)法高密度集成光源、集成低損耗高速光電調(diào)制器等問(wèn)題。因此，利用不同種材料發(fā)揮其各自光電特性?xún)?yōu)勢(shì)的硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速。硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)不僅擁有硅材料可大規(guī)模?CMOS?制造的特點(diǎn)，同時(shí)充分發(fā)揮不同材料的優(yōu)異光電特性，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)硅光技術(shù)無(wú)法媲美的器件指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真正意義上的硅基光電子單片集成系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)光模塊公司大多還采用傳統(tǒng)的透鏡封裝方案，目前尚未有公司在量產(chǎn)產(chǎn)品上使用異質(zhì)集成解決方案。相比國(guó)外各大公司、代工廠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國(guó)在硅基異質(zhì)集成方面產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為緩慢，尚未形成一定規(guī)模的公司基于異質(zhì)集成技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品并批量出貨。

近?10?年來(lái)，硅基光電子集成的關(guān)鍵材料和器件研究引起了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，僅美國(guó)?Intel?公司對(duì)硅基光電子的研發(fā)投入就高達(dá)數(shù)十億美元。

在“863?計(jì)劃”“973?計(jì)劃”和國(guó)家自然科學(xué)基金等支持下，我國(guó)也加大了硅基異質(zhì)集成方向的研究力度，硅基光電子集成器件等方面取得了一系列重要成果，調(diào)制、探測(cè)、復(fù)用與解復(fù)用等分立器件已經(jīng)研制成功，異質(zhì)集成襯底、光源、高速光電調(diào)制器等方向取得了一系列重要進(jìn)展。

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)設(shè)立“用于通用微尺度光學(xué)系統(tǒng)的激光器”(LUMOS)項(xiàng)目，投入?1900?萬(wàn)美元進(jìn)行硅基異質(zhì)材料集成光源的研究。日本能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織投入?22.5?億日元用于硅基高亮度、高效率激光器的開(kāi)發(fā)。歐盟“地平線?2020”投入?262?萬(wàn)歐元用于異質(zhì)硅基光源的開(kāi)發(fā)。在政府的一系列支持推動(dòng)下，光電異質(zhì)集成技術(shù)飛速發(fā)展，在學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了一系列技術(shù)突破。

硅基光電子行業(yè)研究報(bào)告中的行業(yè)數(shù)據(jù)分析以權(quán)威的國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用宏觀和微觀相結(jié)合的分析方式，利用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析方法，在描述硅基光電子行業(yè)概貌的同時(shí)，對(duì)行業(yè)進(jìn)行細(xì)化分析，重點(diǎn)企業(yè)狀況等。報(bào)告中主要運(yùn)用圖表及表格方式，直觀地闡明了行業(yè)的經(jīng)濟(jì)類(lèi)型構(gòu)成、規(guī)模構(gòu)成、經(jīng)營(yíng)效益比較、供需狀況等，是企業(yè)了解硅基光電子行業(yè)市場(chǎng)狀況必不可少的助手。

據(jù)了解，該行業(yè)發(fā)展空間極大，未來(lái)硅基光電子市場(chǎng)現(xiàn)狀如何呢?請(qǐng)查看，中研研究院出版的《2023-2028年中國(guó)硅基光電子行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》。

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