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(cháng)，帶寬成為跨越數據中心通信的升級門(mén)檻，提升帶寬已是當務(wù)之急。據近日法國市場(chǎng)調研公司Yole發(fā)布的《Silicon Photonics 2018》報告，認為從短期來(lái)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(chǎng)，該技術(shù)應用過(guò)去受到來(lái)自Google、Apple、Facebok、Amazon和Microsoft(GAFAM)等互聯(lián)網(wǎng)巨頭推動(dòng)，而現在中國的百度、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，數據中心發(fā)展迅速，該市場(chǎng)已有超過(guò)6.5億的互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)，三大電信運營(yíng)商也大規模部署自己的光纖網(wǎng)絡(luò )。2018年，新一輪超大規模的數據中心預計在中國開(kāi)啟建設，推動(dòng)光器件需求上升，開(kāi)展新的光纖部署并升級光學(xué)技術(shù)。在美國和歐洲，Facebook、Google、Amazon等大公司正在發(fā)展屬于自己的數據中心光纖技術(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(kāi)展了合作。

  當互聯(lián)網(wǎng)流量在用戶(hù)和數據中心之間傳遞時(shí)，越來(lái)越多數據通信發(fā)生在數據中心，讓現有數據中心交換互聯(lián)變得更加困難，成本越來(lái)越高，由此技術(shù)創(chuàng )新變得十分重要與緊迫。一種半導體技術(shù) — 硅光子，具有市場(chǎng)出貨量與成本成反比的優(yōu)勢，相比傳統的光子技術(shù)，硅光器件可以滿(mǎn)足數據中心對更低成本、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(lài)。

  Yole指出，越來(lái)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)導者Luxtera公司塑造當前市場(chǎng)。更多創(chuàng )業(yè)公司正在誕生，更多產(chǎn)品正在進(jìn)入市場(chǎng)，其中大部分是100G，少部分400G產(chǎn)品也開(kāi)始出現。2016年在數據中心互聯(lián)表現優(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，其應用在城域網(wǎng)領(lǐng)域，為電信級硅光子打開(kāi)新的道路。

2017年硅光子產(chǎn)業(yè)陣容

  100G市場(chǎng)將會(huì )繁榮，下一步是400G

  盡管硅光子如今仍是小眾市場(chǎng)，2016年市場(chǎng)規模僅約3000萬(wàn)美元。但是它成長(cháng)空間巨大，預計2025年硅光芯片市場(chǎng)價(jià)值達到5.6億美元，收發(fā)器市場(chǎng)達到40億美元，意味著(zhù)硅光子技術(shù)將從2016年光收發(fā)器市場(chǎng)很小比例，發(fā)展到2025年占比35%，而且數據中心占了絕大部分。400G需求最為強烈，200G很可能只是100G向400G演進(jìn)的短暫過(guò)度階段。演進(jìn)的下一步是發(fā)展一根光纖傳輸超過(guò)500米的400G光端口，價(jià)格低于1美元/Gb并且功耗低于5mW/Gb，達到1Tb/秒速率。雖然晶圓面積只是全球硅絕緣子(SOI)市場(chǎng)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公司是主要供應商。

硅光子收發(fā)器市場(chǎng)預測

  我們處在大規模部署的前端

  Yole認為行業(yè)距離全世界大規模部署高集成器件的臨界點(diǎn)已經(jīng)十分臨近。從近期半導體代工巨頭動(dòng)態(tài)來(lái)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(dòng)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(jìn)行改變，這樣方便在inter-chip光互聯(lián)領(lǐng)域創(chuàng )造具備規?；氖袌?chǎng)應用。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)還有一些挑戰需要克服。這些挑戰需要技術(shù)克服以下：

  1、光源：低成本、低速率<50Gb/s

  2、更小調制器：便宜、更好的峰值驅動(dòng)性能、低功耗

  3、水平封裝，晶圓規?；瘻y試

  4、設計和軟件：光學(xué)軟件定制化和客制化，

  5、成熟的供應鏈

  6、制造：CMOS工藝零改動(dòng)是新趨勢。

2017-2021硅光子路線(xiàn)圖

  從數據通信到其他應用

  除了數據中心，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(jìn)行聚合，以解決科學(xué)、工程或商業(yè)中的問(wèn)題。由于微處理器性能的加速增長(cháng)和最近的芯片多處理器(CMP)的出現，高性能計算系統的關(guān)鍵性能瓶頸已經(jīng)從處理器轉移到通信基礎設施。因此，通過(guò)探索波分復用(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(lái)計算機系統大帶寬挑戰。高帶寬能力、節能率透明和TOF時(shí)延可以保持光連接記憶系統性能。.

  電信市場(chǎng)也是硅光子一個(gè)潛在應用市場(chǎng)，特別是80km至1500km范圍的城域網(wǎng)絡(luò )。例如Acacia正在開(kāi)發(fā)電信級的硅光子模塊。相干技術(shù)首先部署在長(cháng)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(hù)(FTTH)也是硅光子不可或缺的應用場(chǎng)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(guò)程中起到重要，因為它擁有更多所需要的功能，比如波長(cháng)調諧和開(kāi)關(guān)。

  其他方面，感應領(lǐng)域如生物醫療和感應器；未來(lái)車(chē)輛會(huì )要求更高水平的安全，其快速反應需要更低時(shí)延；硅光子對雷達應用也有很大吸引力，IMEC正在開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)，一些研發(fā)項目已經(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