Yole：我們處于硅光子產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的臨界點

“ 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)中心通信的升級門檻，提升帶寬已是當務(wù)之急。據(jù)近日法國市場調(diào)研公司Yole發(fā)布的《Silicon Photonics 2018》報告，認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，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)計在中國開啟建設(shè)，推動光器件需求上升，開展新的光纖部署并升級光學(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。

  當互聯(lián)網(wǎng)流量在用戶和數(shù)據(jù)中心之間傳遞時，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，英特爾成功滲透進這個領(lǐng)域，它聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)者Luxtera公司塑造當前市場。更多創(chuàng)業(yè)公司正在誕生，更多產(chǎn)品正在進入市場，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2025年硅光芯片市場價值達到5.6億美元，收發(fā)器市場達到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需求最為強烈，200G很可能只是100G向400G演進的短暫過度階段。演進的下一步是發(fā)展一根光纖傳輸超過500米的400G光端口，價格低于1美元/Gb并且功耗低于5mW/Gb，達到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晶片的高價格，它將代表重要的價值，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認為行業(yè)距離全世界大規(guī)模部署高集成器件的臨界點已經(jīng)十分臨近。從近期半導(dǎo)體代工巨頭動態(tài)來看，例如TSMC與Luxtera合作，GlobalFoundries與Ayar Labs合作都對硅光子商用起到重要的推動作用。STMicroelectronics是當前主要硅光子制造商。在發(fā)展中“Zero-Change”零改變是可行的，因為制造硅光器件并不需要對CMOS工藝進行改變，這樣方便在inter-chip光互聯(lián)領(lǐng)域創(chuàng)造具備規(guī)模化的市場應(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)動性能、低功耗

  3、水平封裝，晶圓規(guī)模化測試

  4、設(shè)計和軟件：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。高性能計算通常指的是將計算能力以一種比一般的臺式計算機或工作站所能得到的更高性能的方式進行聚合，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、低時延解決方案，解決未來計算機系統(tǒng)大帶寬挑戰(zhàn)。高帶寬能力、節(jié)能率透明和TOF時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升級過程中起到重要，因為它擁有更多所需要的功能，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；未來車輛會要求更高水平的安全，其快速反應(yīng)需要更低時延；硅光子對雷達應(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)項目已經(jīng)啟動；還有航天航空方面，尺寸重量跟減少功耗一樣有嚴格要求，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