ICC訊  到這個十年末，哪些市場將成為光子集成電路（PIC）的主要應用市場？PIC行業(yè)面臨哪些挑戰(zhàn)？

  在上月于荷蘭埃因霍溫舉行的歐洲PIC峰會活動上，一個小組會議探討了2030年光子集成電路的市場將會是什么樣子。

  目前，PIC市場主要由數(shù)據(jù)通信和電信主導。然而，新興的應用領(lǐng)域包括醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備、光計算、自動駕駛汽車以及石油、天然氣、水和農(nóng)業(yè)行業(yè)的傳感應用。

  LightCounting市場研究公司參加歐洲PIC峰會小組討論時，分享了兩個預測圖表。其中一個展示了LightCounting最新的以太網(wǎng)模塊預測，強調(diào)了未來五年內(nèi)預期的快速增長，包括1.6Tbps和3.2Tbps可插拔模塊的采用情況。另一個圖表則顯示了硅光子學如何獲得市場份額，并預計到2029年將占據(jù)所有光收發(fā)器近一半的份額。

  因此，LightCounting認為，到2030年，數(shù)據(jù)通信和電信仍將是PIC的主要市場，這并不奇怪。此外，人工智能給光學行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)意味著光電子技術(shù)的發(fā)展將繼續(xù)推動PIC市場的整體發(fā)展。

  在歐洲PIC峰會小組討論之前，《Gazettabyte》尋求了一些業(yè)界觀點。什么有助于PIC領(lǐng)域的進步，PIC行業(yè)應該關(guān)注什么？關(guān)于2030年的PIC市場又有哪些看法？

  被咨詢者主要集中在數(shù)據(jù)通信和電信方面。但Coherent公司的CTO Julie Eng還涵蓋了新興的光子市場，而Mehdi Asghari是專注于激光雷達市場的硅光子初創(chuàng)公司SiLC Technologies的CEO。

  新興的PIC市場

  Infinera創(chuàng)始人、隱身初創(chuàng)公司AttoTude創(chuàng)始人及CEO Dave Welch表示，用于數(shù)據(jù)通信和電信的PIC正在蓬勃發(fā)展，而用于激光雷達和傳感領(lǐng)域的PIC則是正在快速興起的應用，并且具有相當大的市場需求量。

  “數(shù)據(jù)通信和電信將在可預見的未來占主導地位，”Welch說道。“我不認為會有其他同等規(guī)模的應用出現(xiàn)。”

  研發(fā)總監(jiān)Maxim Kuschnerov指出，2030年并沒有那么遙遠：“這最多相當于兩個大的產(chǎn)品周期。”他也認為數(shù)據(jù)通信和電信將繼續(xù)是PIC的主要市場。

  Coherent的Eng同意這一觀點：“PIC的主要驅(qū)動力將是數(shù)據(jù)通信和電信，但如果你尋找額外的驅(qū)動因素，健康監(jiān)測可能是一個。”

  Coherent在新冠疫情期間經(jīng)歷了醫(yī)用光學組件需求的增長。“疫情增加了對PCR（聚合酶鏈反應）測試的需求，這促進了我們的產(chǎn)品如光學濾波器和熱電冷卻器的需求增長，”Eng說。“疫情讓人們更加關(guān)注健康監(jiān)測，結(jié)合智能手表中先進的健康監(jiān)測功能，人們對個人健康監(jiān)測的興趣也有所增長。”

  Eng指出，盡管新冠疫情后用于PCR檢測的組件銷售下降，但人們對個人健康監(jiān)測的興趣仍然很高。

  企業(yè)也在利用硅光子技術(shù)和半導體激光器來開發(fā)生物傳感應用。“在某些情況下，這種應用所需的硅光子PIC可能會相當大，因為通常需要監(jiān)測多個波長，”Eng說道。她還強調(diào)了潛在的市場需求量：“如果手表中的生物傳感技術(shù)得以廣泛應用，其需求量可能會超過數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，并且所用的PIC也可能較大。因此，這是一個值得關(guān)注的應用領(lǐng)域。”

  “疫情的經(jīng)歷極大地推動了即時檢驗市場的發(fā)展，其中包括生物傳感器的應用，”領(lǐng)先的生物傳感器研究員Laura Lechuga教授說道。“這是一個每年都在增長的市場，在學術(shù)界和工業(yè)界都有著密集的研究與開發(fā)活動。毫無疑問，即時檢驗將是診斷技術(shù)的未來。”

  Kuschnerov也提到了健康監(jiān)測市場。“業(yè)內(nèi)在使用光學傳感進行無創(chuàng)血糖監(jiān)測方面已經(jīng)做了很多工作，但尚不清楚這是否能通過FDA（美國食品藥品監(jiān)督管理局）批準，”Kuschnerov說。“這可能會改變糖尿病患者的生活。”

  Rafik Ward是一名顧問，為包括即時醫(yī)療設(shè)備市場在內(nèi)的公司提供PIC開發(fā)服務。一家開發(fā)PIC技術(shù)的初創(chuàng)公司意識到它正在與低成本的即時診斷設(shè)備競爭。該初創(chuàng)公司面臨的另一個挑戰(zhàn)是漫長的開發(fā)周期和進入醫(yī)療市場的難度。最終，該公司決定重新聚焦于通信領(lǐng)域。

  “新冠疫情讓我們意識到，我們的分銷和物流生態(tài)系統(tǒng)是多么脆弱，以及它對低成本勞動力的依賴程度有多高，”SiLC的Asghari說道。在新冠疫情之后，勞動力短缺問題持續(xù)存在，并推動了倉庫和物流自動化的進程。“對于我們激光雷達業(yè)務而言，這為機器人技術(shù)和自動化創(chuàng)造了巨大的需求，”Asghari說。

  另一個驅(qū)動因素是勞動年齡人口的減少——每年大約減少1%——這是由于過去20年間工業(yè)國家的人口增長率下降所致。

  “這是一個重大的問題，并且隨著時間的推移變得越來越關(guān)鍵，”Asghari表示。“如果機器人需要完成人類所做的工作，那么它們就需要像我們一樣看世界，而普通的攝像頭甚至3D成像儀并不能滿足這種需求。”

  Kuschnerov認為，最終氣體、石油、水質(zhì)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⑹褂霉鈱W傳感變體，但他預計這些領(lǐng)域的市場需求不會很高。

  另一個可穿戴市場是增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實（AR/VR）眼鏡。這個大批量市場多年來一直被預測會出現(xiàn)，但實際上相關(guān)工作正在進行中，例如為這類眼鏡開發(fā)衍射波導技術(shù)。“這里確實有研究在進行，這不能忽視，但就目前而言，這個市場還不存在，”Kuschnerov說道。

  紅外傳感器在自主無人機戰(zhàn)爭中的應用預計將增長。他說，正在烏克蘭和中東使用的軍用無人機正在改變現(xiàn)代戰(zhàn)爭，這一發(fā)展已被主要軍事力量所注意到。

  用于機器人3D視覺的VCSEL將繼續(xù)保持重要地位。“未來將充滿這類（類似特斯拉的）機器人。我確信它們會需要VCSEL陣列，”Kuschnerov說道。

  PIC行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

  Ward表示，對于PIC來說，最優(yōu)先考慮的時是晶圓廠（fabs）需要縮短從設(shè)計定稿到芯片交付的周期時間。

  磷化銦晶圓廠通常能在六到八周內(nèi)完成芯片生產(chǎn)，而一些大型硅光子學晶圓廠則需要五個月。此外，芯片設(shè)計往往需要經(jīng)過兩到三次迭代才能投入生產(chǎn)。“磷化銦每一代都比硅光子學技術(shù)領(lǐng)先6個月或更長時間，這一點我們不應該感到驚訝，”Ward說。“這只是簡單的數(shù)學問題。”硅光子學需要發(fā)展，以確保與磷化銦產(chǎn)品同時推出新一代通信產(chǎn)品。

  Ward還強調(diào)了改進工藝設(shè)計工具包（PDKs）的需求。“盡管這方面正在改善，但由于PDKs不夠成熟，PIC客戶仍然需要做太多重復的工作，”他說。

  AttoTude的Welch指出，在過去的幾年里，PIC的價值在于集成光學器件，特別是激光器。然而，激光器的問題在于其與硅電路的環(huán)境兼容性。“如果我們期望更多的系統(tǒng)集成，這個問題需要得到改善，”Welch說。

  Lechuga教授表示，生物傳感器面臨的主要障礙之一是以低成本進行大規(guī)模生產(chǎn)。“歐洲是否能夠提供這樣的生產(chǎn)能力將非常值得關(guān)注，”她說。

  另一個問題是PIC帶來的好處。對于Eng來說，PIC必須解決問題，并且比現(xiàn)有解決方案以更低的成本提供價值。“這是一個很高的要求，”Eng說。“光學技術(shù)專家必須了解擁有許多成熟技術(shù)的新市場。”

  獲取幫助

  Asghari提出了幾種光學行業(yè)和政府可以提供幫助的方式，而不僅僅是針對PIC。行業(yè)和政府必須采取審慎措施，以避免繁榮與蕭條的周期，或者至少不要助長這種周期。。

  “我現(xiàn)在看到了AI炒作，這讓我回想起2000年代的經(jīng)歷，”Asghari說。“這對任何人都沒有幫助，而且嚴重阻礙了行業(yè)發(fā)展。”

  他還呼吁實現(xiàn)更加公平的貿(mào)易，但不是通過加征關(guān)稅的方式來達到這一目的。“我們需要公平，”他說，“我們的市場是開放的，我們遵循的規(guī)則不允許政府直接支持產(chǎn)業(yè)。”

  但他指出，中國在這方面更加靈活和自主。“我們的應對措施是對我們制造業(yè)所需進口商品加征關(guān)稅，不幸的是，許多這些商品仍然來自中國。”因此，讓公司在西方更容易進行生產(chǎn)，并幫助恢復基本的關(guān)鍵能力變得非常重要。“我們應該鼓勵投資而不是對其征稅，同時應該激勵風險投資社區(qū)投資硬件，而這一點現(xiàn)在幾乎沒有人做了，”Asghari說道。

  人口減少和對自動化的需求為光子行業(yè)提供了領(lǐng)先的機會。“但由于缺乏投資，我們再次失去了機會，就像我們在電動汽車市場上的失利一樣，”他警告說。

  對于Asghari而言，需要的是長遠的眼光、穩(wěn)定性和公平性。

  原文：https://www.gazettabyte.com/home/2024/10/29/the-markets-for-photonic-integrated-circuits-in-2030.html