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在人工智能和數(shù)據(jù)通信收發(fā)器需求激增的推動(dòng)下，硅光子學(xué)和光子集成電路(PIC)市場(chǎng)正在經(jīng)歷強(qiáng)勁增長(zhǎng)。業(yè)界的主要參與者——如英特爾(Intel)、相干(Coherent)和Infinera，都紛紛在其收發(fā)器中積極地采用PIC。
硅光子學(xué)和光子集成電路的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)是什么?
市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDTechEx在最新發(fā)布的一份《硅光子學(xué)和光子集成電路2024-2034：市場(chǎng)、技術(shù)和預(yù)測(cè)》報(bào)告中，對(duì)光子集成電路PIC市場(chǎng)進(jìn)行了深入的調(diào)查，并將用于人工智能的光子收發(fā)器確定為一個(gè)新興細(xì)分市場(chǎng)，很快將成為PIC需求的最大來(lái)源。
IDTechEx指出，光子集成電路(PIC)市場(chǎng)8%的復(fù)合年增長(zhǎng)率將受到量子、5G、激光雷達(dá)、傳感器(如生物傳感器和氣體傳感器)和人工智能數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的推動(dòng)。
光子集成電路(PICs)是由硅(玻璃)、硅或磷化銦等材料制成的微小光學(xué)系統(tǒng)。從復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)，到能夠探測(cè)周圍空氣中不同化合物和分子的人造鼻子……PICs可以實(shí)現(xiàn)一切，從允許數(shù)十億位信息在糖果棒大小的包裝中發(fā)送和接收的復(fù)雜光學(xué)設(shè)計(jì)，到可以探測(cè)周圍空氣中不同化合物和分子的人造鼻子。
通過利用在CMOS芯片上數(shù)十億美元的投資，光子集成電路(PIC)可以釋放出超越摩爾定律的新處理擴(kuò)展?jié)摿?。然而，PICs市場(chǎng)仍然面臨重大挑戰(zhàn)，如材料限制、集成復(fù)雜性和成本管理。需要大量的需求，來(lái)抵消設(shè)計(jì)和制造PIC的初始成本，并且生產(chǎn)前置時(shí)間可能需要數(shù)月。
未來(lái)的PIC材料是什么？
未來(lái)的PIC材料種類繁多。目前大多數(shù)市場(chǎng)使用硅和硅基PICs進(jìn)行光傳播；然而，作為一種間接半導(dǎo)體，硅不是一種有效的光源或光電探測(cè)器。因此，硅通常與III-V材料結(jié)合用于光源和光探測(cè)。
硅的市場(chǎng)主導(dǎo)地位將持續(xù)下去。然而，薄膜鈮酸鋰(TFLN)由于其適度的波克爾斯效應(yīng)和低材料損耗，正在成為未來(lái)需要高性能調(diào)制的應(yīng)用的有力競(jìng)爭(zhēng)者，例如量子系統(tǒng)或潛在的高性能收發(fā)器。
單片磷化銦(InP)由于其探測(cè)和發(fā)射光的能力而繼續(xù)成為主要的參與者。此外，人們正在探索鈦酸鋇(BTO)和稀土金屬等創(chuàng)新材料在量子計(jì)算和其他尖端應(yīng)用中的潛力。
人工智能如何改變對(duì)硅光子學(xué)和PICs的需求？
人工智能(AI)的興起，刺激了對(duì)高性能收發(fā)器的空前需求，這些收發(fā)器能夠支持人工智能加速器和數(shù)據(jù)中心所需的大量數(shù)據(jù)速率。硅光子學(xué)和PICs處于這場(chǎng)革命的最前沿，它們能夠以1.6Tbps甚至更高的速度傳輸數(shù)據(jù)。正如英偉達(dá)最新的Blackwell CPU所顯示的那樣。
根據(jù)IDTechEx的研究，每個(gè)GPU需要大約兩個(gè)800G收發(fā)器，對(duì)高效、高帶寬通信的需求，對(duì)人工智能來(lái)說(shuō)變得越來(lái)越重要，將硅光子學(xué)和PIC定位為人工智能驅(qū)動(dòng)的未來(lái)的重要組件。
PIC收發(fā)器發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)力是人工智能，因?yàn)楦咝阅艿娜斯ぶ悄芗铀倨鲗⑿枰咝阅艿氖瞻l(fā)器，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到3.2Tbps的收發(fā)器。
未來(lái)的應(yīng)用有哪些?
硅光子學(xué)和PICs的其他應(yīng)用各不相同——從高帶寬芯片對(duì)芯片互連到先進(jìn)封裝和共封裝光學(xué)。這些技術(shù)正在為下一代計(jì)算鋪平道路。
光子引擎和加速器：使用某些光子組件，如馬赫-曾德干涉儀，并通過光電互連控制這些組件，可以設(shè)計(jì)和制造高性能處理器和可編程PIC設(shè)備，從而釋放比單獨(dú)使用電子加速器更高的性能。
基于PIC的傳感器：某些PIC材料(如氮化硅)，可以用于一系列不同的傳感器，從氣體傳感器到“人造鼻子”。醫(yī)療傳感器行業(yè)可能會(huì)利用光學(xué)元件小型化的優(yōu)勢(shì)，將其集成到PIC設(shè)備中，這可能會(huì)在即時(shí)診斷或可穿戴設(shè)備中得到應(yīng)用。
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