O mercado de chips fotônicos de silício excederá US $ 600 milhões em 2028

Organização de pesquisa de mercado Yole Inteligência afirmou que a tecnologia fotônica de silício fez grandes progressos desde 1985, desde o desenvolvimento inicial de guias de onda altamente restritos até a adoção estratégica de materiais, integração e tecnologias de empacotamento na indústria CMOS, estabelecendo finalmente sua posição em módulos ópticos. domínio no campo.

Yole concluiu que o principal e mais direto cenário de aplicação da luz de silício é o data center, e a Intel ocupa uma posição dominante neste campo. Além disso, existem amplas perspectivas de desenvolvimento no domínio da telecomunicações, lidar óptico, computação quântica, computação óptica e na área de assistência médica.

Yole destacou que o mercado de chips fotônicos de silício valerá US$ 68 milhões em 2022 e deverá ultrapassar US$ 600 milhões até 2028, com uma taxa composta de crescimento anual de 44% de 2022 a 2028. O principal fator que impulsiona esse crescimento é 800G. módulos ópticos conectáveis ​​para interconexão de data center de alta velocidade e aprendizado de máquina que exigem maior rendimento e menor latência.

O cenário da indústria fotônica de silício está se moldando em torno de diferentes participantes. Atualmente ativamente envolvidos na indústria de fotônica de silício incluem: players verticalmente integrados (Intel, Cisco, Marvell, Broadcom, Nvidia, IBM, etc.), start-ups/empresas de design (AyarLabs, OpenLight, Lightmatter, Lightelligence, etc.), pesquisa instituições (Universidade da Califórnia, Berkeley) Campus, Universidade de Columbia, Escola de Engenharia de Stanford, MIT, etc.), fundições de wafer (GlobalFoundries, Tower Semiconductor, imec, TSMC, etc.) e fornecedores de equipamentos (Applied Materials, ASML, Aixtron, etc.).

A indústria fotônica de silício é caracterizada por pesquisa e desenvolvimento contínuos, parcerias estratégicas e colaboração entre diferentes participantes para o avanço da tecnologia. Graças ao surgimento de fundições fotônicas de silício e à crescente experiência na área, a tecnologia também está se tornando mais acessível a mais empresas. Ao mesmo tempo, esta tecnologia pode aumentar a velocidade de transmissão de dados, reduzir o consumo de energia e realizar diversas aplicações, por isso é um campo industrial com grandes perspectivas de desenvolvimento.

Informações lidera o mercado de comunicações de dados com 61% de participação de mercado, seguida pela Cisco, Broadcom e outras empresas menores. Na área de telecomunicações, a Cisco (Acacia) representa quase 50% do market share, seguida pela Lumentum (Neophotonics) e Marvel (Inphi). Módulos ZR/ZR+ plugáveis ​​coerentes promovem o desenvolvimento do mercado de fotônica de silício para telecomunicações. As empresas chinesas estão em fase de protótipo ou amostra.

Apesar das deficiências do silício como emissor de luz, avanços recentes introduziram métodos inovadores de fabricação de componentes ópticos ativos em silício, permitindo a produção em massa em apenas alguns anos.

Notavelmente, o silício tem uma eficiência quântica interna (QE) relativamente baixa, enquanto os materiais de bandgap direto III-V têm eficiências próximas de 100%. Essencialmente, o foco está em semicondutores de bandgap direto, e o caminho para a fotônica de silício parece ser a integração monolítica por meio de lasers de pontos quânticos (QDs).

O InP PIC tradicional requer cinco a seis etapas de regeneração, o que resulta em alto custo, muitos problemas e produção limitada. A integração heterogênea tem a vantagem de combinar vários materiais, unir e processar simultaneamente. No entanto, uma vez que o tamanho dos substratos III-V é muito inferior a 300 mm, o custo dos substratos não é baixo, o que suscitou um interesse crescente na integração monolítica. Portanto, a tecnologia de integração monolítica de lasers no chip oferece uma abordagem promissora para alcançar integração fotônica de silício de alta densidade e grande escala.

Os parâmetros inerentes dos lasers QD excedem os dos dispositivos de poço quântico (QW), com vida útil mais longa, alta tolerância a defeitos de material, integração epitaxial de lasers QD em silício, estabilidade de alta temperatura e operação não resfriada, e permitem que lasers de largura de linha estreita aumentem largura de banda.

A fotônica do silício não se limita a um único substrato ou material. Várias plataformas de materiais para integração fotônica, como filme fino LiNbO3 (TFLN), SiN, BTO, GaAs, etc., mostraram seu potencial. Entre eles, os TFLNs de película fina à base de silício estão progredindo rapidamente. Os TFLNs têm restrições de modo estritas e provaram ser muito valiosos para a criação de moduladores de alta velocidade.

Além disso, há uma grande lacuna de escala entre a integração fotônica de silício e os circuitos integrados de silício. Os circuitos integrados de silício foram reduzidos a alguns nm. Os chips fotônicos de silício não requerem tecnologia de fotolitografia de 3 nm. A tecnologia de 45 nm é totalmente suficiente para produzir alto desempenho e alta qualidade. de chips fotônicos de silício. Isto é vantajoso porque usar uma fundição com níveis de litografia mais baixos é muito econômico.

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