Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits 2019
硅光子市場：窗口期已過！
在當今數據中心互聯的推動下，光子集成電路的大量應用湧現！
據麥姆斯諮詢介紹，光子集成電路（PIC）涉及的材料眾多，包括硅（Si）、磷化銦（InP）、二氧化硅（SiO2）、鈮酸鋰（LinBo3）、氮化硅（SiN）、聚合物或玻璃，並且需要依託定製的製造工藝平臺。
PIC旨在利用半導體產業尤其是晶圓製造業的獨特優勢為光學器件所用。與傳統光學器件相比，PIC的優勢如尺寸更小的光學芯片、更高的數據速率、更低的功耗、更低的比特數據成本和更高的可靠性，推動了其蓬勃發展。
為了增加數據通信網絡的帶寬和距離，PIC正在逐步取代垂直腔面發射激光器（VCSEL）。PIC已用於相干或非相干模式下的高數據速率收發器（100G及以上）。未來，在需要將電子學和光子學緊密結合時，PIC的必要性就凸顯出來了。
PIC的最大需求市場來自通信網絡和數據中心互聯（或稱DCI），以及即將推出的5G無線技術、汽車或醫療傳感器等新應用。磷化銦（InP）是最常用的材料，但Si增長更快。如Google（谷歌）、Apple（蘋果）、Facebook（臉書）、Amazon（亞馬遜）和Microsoft（微軟）等國際互聯網巨頭（縮寫GAFAM）是如今硅光子技術的主要推動者。他們目前正在與網絡節點上的本地數據中心建立互聯網絡。
在投入方面，GAFAM領先於傳統通信公司，已為DCI建立了自有長途和海底網絡。直到最近，他們還依靠傳統的通信運營商進行長途傳輸。2018年，硅光子進入了長途DCI，而此時很多巨頭公司對硅（Si）或磷化銦（InP）技術卻尚不清楚。
作為PIC家族的一員，硅光子正在利用半導體制造基礎設施將不同光學功能整合於同一芯片，儘管激光器仍使用磷化銦（InP）。今天，在光收發器所用的材料中，硅（Si）有望成為增長最快的材料。未來，硅光子將與其他PIC材料集成。因為硅光子可採用的製造工藝平臺成熟，也能使用其它材料，並且性能更佳。如用於激光器的磷化銦（InP）、用於光探測的鍺（Ge）、用於調製器的鈮酸鋰（LinBo3）和用於互聯的玻璃。
近年來，在嵌入式光學的大量研發工作使光子芯片與服務器板上的電子器件越來越接近。如今，用於交換機的專用集成電路（ASIC）和光學器件的共封裝技術開發預示著未來的數據中心架構和功耗的降低。交換機ASIC公司將被賦予更高的價值，並可能在未來參與更多的併購。
光子集成電路（PIC）材料體系總覽
硅光子市場前景光明，400G增速將超過100G
基於PIC的收發器主要材料為硅光子和磷化銦（InP）（詳見《磷化銦晶圓和外延片市場-光子和射頻應用》），整體市場規模將從2018年約40億美元增長到2024年的190億美元，出貨量從3000萬個增長到約1.6億個。其中，硅光子市場的複合年增長率最高，達44.5%，將從2018年的約4.55億美元（相當於130萬個）增長到2024年的約40億美元（相當於2350萬個）。
DCI市場跨越地鐵到長途/海底通信，其市場規模最大，相干通信和傳感器只佔其中小部分。5G時代即將到來，未來也出現大量產品。
除DCI外，其它應用的身影也逐漸顯現出來。例如，以下公司計劃將其PIC平臺用於激光雷達：Intel（英特爾）、Rockley Photonics、SiLC、Blackmore，可能還有更多公司。然而，業界仍有聲音“激光雷達可能會被雷達和攝像頭等其它傳感器組合所取代”，所以市場前景仍不確定；而且自動駕駛汽車是否會取得最終成功還不明朗，汽車製造商受技術、法規和戰略變化等因素的影響較大。
自動駕駛汽車市場需求是數千輛的量級，而不是數百萬輛，低於數據中心的需求量。
2018~2024年硅光子收發器市場預測
硅光子市場的參與者只有少數幾家：Luxtera/Cisco（思科）、Intel（英特爾）、Acacia和InPhi。Luxtera成立於2001年，被思科收購，作為硅光子產業的先驅者，自2009年批量生產以來，其四通道小型可插拔（QSFP）收發器已售出近200萬個（參考《MOLEX（Luxtera）硅光子芯片》）。英特爾在2016年推出了一款支持100G通信的硅光子QSFP收發器（參考《英特爾硅光子技術100G PSM4 QSFP28光纖收發器》）。現在該公司每年向數據中心出貨一百萬個。英特爾的400G產品有望在2019年下半年進入量產。Acacia宣佈到2022年將為相干光學出貨10萬多個400ZR模組。
硅光子市場主要廠商的市場佔有情況回顧
窗口期已過，但成熟度還不理想！
儘管目前人們對這項技術感到興奮，但硅光子技術還沒有完全成熟。由於掌握這項技術的早期採用者和GAFAM的要求趨同，雖然達到了窗口期，但如上文所述，供應商仍然很少。
然而，許多新進入的初創企業正在嶄露頭角，更多的來自集成電路和MEMS代工廠。TSMC（臺積電）等大型集成電路代工廠發展硅光子的一個原因可能與未來交換機的共封裝趨勢有關。數據中心架構正在從可插拔式發展為將更多的光學器件共封裝，Microsoft（微軟）和Facebook（臉書）正致力於該項研究，而架頂式交換機可能會消失。這意味著交換機可以在服務器級與光學器件共封裝。在這種情況下，由於交換機需求量非常高（數百萬臺級），為代工廠提供了擴充產能的潛在機會。對於規模相對較小的MEMS代工廠，如Silex、APM（亞太優勢）和VTT，採用硅光子工藝則是填充產能的方法，因為有些工藝非常相似，如Cisco/Luxtera的MEMS蓋帽。在北美洲、歐洲和日本，工業界在全球範圍內進行了大量研發工作。所以，我們有理由相信，這個市場正在走向工業級成熟，未來的市場需要量巨大。
2019年硅光子產業鏈
本報告涉及的部分公司：Acacia, Accelink, Almae, Amazon, AOI, apm, at&t, Axalume, AXT, Ayar Labs, Broadcom, Broadex, CeliO, Ciena, Cisco, Effect Photonics, Elenio, Emcore, Ericsson, Facebook, Fiberhome, ficontec, Finisar, Fujitsu, GCS, Gigalight, GlobalFoundries, Google, HHI, Hisense, HPE, Huawei, III-V Labs, II-VI, Infinera, Innolight, InPact, Inphi, Intel, IQE, JDSU, Juniper, Kaiam, Landmark, Ligentec, Lightwave Logic, LioniX, Lumentum, Luxnet, Luxtera, MACOM, Masimo, Microsoft, Nokia, Northrop Grumann, Novati, NTT, NXP, Oclaro, Oepic, OMMIC, Orange Labs, POET, Ranovus, Rockley, Roshmere, Scintil Photonics, Sentea, ShinEtsu, Sicoya, SiLC, Silex, Silterra, Skorpios, Skywater, Smart Photonics, SOITEC, STM, SunEdison, Synopys, TEEM Photonics, Thales, TrueLight, TSMC, Verizon, VLC Photonics, VPEC, VTT, ZTE…
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