硅基光電子行業(yè)細分市場 硅基光電子市場研究報告

• 劉明月 2023年10月12日 來源：中研研究院 1223 79
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未來硅基光電子技術(shù)進入芯片間互連及物聯(lián)網(wǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)模將呈指數(shù)性增長。硅基光電子優(yōu)勢明顯，除了在光通信領(lǐng)域的作用外，在其他商業(yè)領(lǐng)域如：光傳感、光計算、醫(yī)療健康和激光雷達等領(lǐng)域的價值也逐漸顯現(xiàn)，一個接一個應(yīng)用得以落地。

硅基光電子學(xué)目前最迫切的需求來源于高速度，大容量，低成本的計算機網(wǎng)絡(luò)，寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)，以及大數(shù)據(jù)中心。

根據(jù)工信部的定義，超大型數(shù)據(jù)中心是指規(guī)模大于等于10000個標(biāo)準(zhǔn)機柜的數(shù)據(jù)中心;大型數(shù)據(jù)中心是指規(guī)模大于等于3000個標(biāo)準(zhǔn)機柜小于10000個標(biāo)準(zhǔn)機柜的數(shù)據(jù)中心;中小型數(shù)據(jù)中心是指規(guī)模小于3000個標(biāo)準(zhǔn)機柜的數(shù)據(jù)中心。大數(shù)據(jù)中心行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計從數(shù)據(jù)中心類型來看，超大型數(shù)據(jù)中心占比正在持續(xù)提升。

硅基光電子學(xué)擬解決的關(guān)鍵問題包括: 微納米范圍之內(nèi)的光電相互作用及影響，微納范圍內(nèi)光-光，光-熱、光-機，光-磁，光-生化等的傳感行為，微納光電器件的計算機模擬，微納光電器件的耦合，微納傳感器件的集成，微弱信號的探測與放大，微納薄膜技術(shù)，電子束光刻，納米壓印技術(shù)，聚焦離子束加工，高精度等離子體工藝等。

硅基光電子行業(yè)細分市場

硅基光電子就是研究和開發(fā)以光子和電子為信息載體的硅基大規(guī)模集成技術(shù)。其核心內(nèi)容就是研究如何將光子器件"小型化"、“硅片化”并與納米電子器件相集成，即利用硅或與硅兼容的其他材料，應(yīng)用硅工藝，在同一硅襯底上同時制作若干微納量級，以光子和/或電子為載體的信息功能器件，形成一個完整的具有綜合功能的新型大規(guī)模集成芯片。

硅基光電子技術(shù)擁有光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術(shù)在大規(guī)模集成、低能耗、低成本等方面的優(yōu)勢，更適應(yīng)未來高速、復(fù)雜的光通信系統(tǒng)。同時可以滿足長距離數(shù)據(jù)傳輸以及微電子芯片間的短距離大容量數(shù)據(jù)傳輸，通過與微電子集成電路進行單片集成，實現(xiàn)高速、低功耗的片上互連，突破微電子處理器在數(shù)據(jù)互連上的瓶頸。

硅基光電子集成技術(shù)(簡稱“硅光技術(shù)”)，通過傳統(tǒng)微電子?CMOS?工藝實現(xiàn)光電子器件和微電子器件的單片集成，是研究和開發(fā)以光子和電子為信息載體的硅基大規(guī)模集成技術(shù)。

目前硅光電子芯片正于螺旋上升的狀態(tài)，是一個嶄新的技術(shù)。預(yù)計到2026年，全球硅光市場規(guī)模將超過70億美元。未來硅基光電子技術(shù)進入芯片間互連及物聯(lián)網(wǎng)，其應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)模將呈指數(shù)性增長。

硅基光電子優(yōu)勢明顯，除了在光通信領(lǐng)域的作用外，在其他商業(yè)領(lǐng)域如：光傳感、光計算、醫(yī)療健康和激光雷達等領(lǐng)域的價值也逐漸顯現(xiàn)，一個接一個應(yīng)用得以落地。所以，硅光產(chǎn)業(yè)將在21世紀(jì)迎來爆發(fā)式增長。

圖表：中國光模塊行業(yè)企業(yè)數(shù)量規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：中研普華研究院

硅基光電子市場的拓展和系統(tǒng)規(guī)模的大幅度提升，硅基光電子片上系統(tǒng)架構(gòu)正向多通道和高并行的架構(gòu)演進，隨之而來的便是日趨增長的對低成本和高穩(wěn)定性并行光源的需求。然而，由于硅材料本身不發(fā)光，硅基激光器的實現(xiàn)一直是世界性難題，在硅基光電子芯片上研發(fā)出多路并行的硅基光源更被公認(rèn)為是該領(lǐng)域最大的瓶頸之一。

超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)引領(lǐng)光模塊進入400G時代，從現(xiàn)有技術(shù)規(guī)格來看，400G光模塊主要分為OSFP(25GPAM4*8;更適合電信;)、QSFP-DD(50GNRZ*8;適合短距數(shù)據(jù)中心)、CFP8三種方案。當(dāng)前400G模塊的需求來源是云廠商，對于其超大數(shù)據(jù)中心而言，并不要求長距離傳輸，對能耗指標(biāo)和尺寸要求較高，QSFP-DD為數(shù)據(jù)中心400G光模塊首選。

預(yù)計到2026年全球光模塊市場規(guī)模約210億美元，并且2020-2026年的復(fù)合年增長率將高達14%。

2024-2028年硅基光電子行業(yè)投資建議

一、硅基光電子行業(yè)發(fā)展策略建議

二、硅基光電子行業(yè)投資方向建議

三、硅基光電子行業(yè)投資方式建議

中研研究院出版的《2023-2028年中國硅基光電子行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢預(yù)測報告》顯示

《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018—2022年)》指出，目前高速率光芯片國產(chǎn)化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片國產(chǎn)化率突破20%。

目前我國十四五政策上來看，上海市明確提出發(fā)展光子芯片與器件，重點突破硅光子、光通訊器件、光子芯片等新一代光子器件的研發(fā)與應(yīng)用，對光子器件模塊化技術(shù)、基于CMOS的硅光子工藝、芯片集成化技術(shù)、光電集成模塊封裝技術(shù)等方面的研究開展重點攻關(guān)。

硅基光電子技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì)80年代，Soref發(fā)現(xiàn)了晶體硅中的等離子色散效應(yīng)，為硅基電光調(diào)制提供了理論基礎(chǔ)。硅光子技術(shù)其核心理念是“以光代電”，即利用激光束代替電子信號進行數(shù)據(jù)傳輸。硅光子技術(shù)將硅光模塊中的光學(xué)器件與電子元件整合到一個獨立的微芯片中，使光信號處理與電信號的處理深度融合，最終實現(xiàn)真正意義上的“光互聯(lián)”。

硅基光電子行業(yè)研究的具體內(nèi)容包括: 硅中光子與電子的相互作用, 硅基光波導(dǎo)，硅基無源器件，硅基光源，硅基光學(xué)調(diào)制，硅基光電探測器，硅基表面等離子激元器件，硅基光電子器件工藝與系統(tǒng)集成，硅基光電子學(xué)的應(yīng)用等。

硅基光電子技術(shù)擁有光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術(shù)在大規(guī)模集成、低能耗、低成本等方面的優(yōu)勢，更適應(yīng)未來高速、復(fù)雜的光通信系統(tǒng)。同時可以滿足長距離數(shù)據(jù)傳輸以及微電子芯片間的短距離大容量數(shù)據(jù)傳輸，通過與微電子集成電路進行單片集成，實現(xiàn)高速、低功耗的片上互連，突破微電子處理器在數(shù)據(jù)互連上的瓶頸。

硅基光電子市場研究報告

硅基光電子集成芯片的性能受限于硅材料本身的光電性能，仍存在無法高密度集成光源、集成低損耗高速光電調(diào)制器等問題。因此，利用不同種材料發(fā)揮其各自光電特性優(yōu)勢的硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)近年來發(fā)展迅速。硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)不僅擁有硅材料可大規(guī)模?CMOS?制造的特點，同時充分發(fā)揮不同材料的優(yōu)異光電特性，可實現(xiàn)傳統(tǒng)硅光技術(shù)無法媲美的器件指標(biāo)，進而實現(xiàn)真正意義上的硅基光電子單片集成系統(tǒng)。

國內(nèi)光模塊公司大多還采用傳統(tǒng)的透鏡封裝方案，目前尚未有公司在量產(chǎn)產(chǎn)品上使用異質(zhì)集成解決方案。相比國外各大公司、代工廠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國在硅基異質(zhì)集成方面產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為緩慢，尚未形成一定規(guī)模的公司基于異質(zhì)集成技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品并批量出貨。

近?10?年來，硅基光電子集成的關(guān)鍵材料和器件研究引起了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，僅美國?Intel?公司對硅基光電子的研發(fā)投入就高達數(shù)十億美元。

在“863?計劃”“973?計劃”和國家自然科學(xué)基金等支持下，我國也加大了硅基異質(zhì)集成方向的研究力度，硅基光電子集成器件等方面取得了一系列重要成果，調(diào)制、探測、復(fù)用與解復(fù)用等分立器件已經(jīng)研制成功，異質(zhì)集成襯底、光源、高速光電調(diào)制器等方向取得了一系列重要進展。

美國國防部高級研究計劃局(DARPA)設(shè)立“用于通用微尺度光學(xué)系統(tǒng)的激光器”(LUMOS)項目，投入?1900?萬美元進行硅基異質(zhì)材料集成光源的研究。日本能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織投入?22.5?億日元用于硅基高亮度、高效率激光器的開發(fā)。歐盟“地平線?2020”投入?262?萬歐元用于異質(zhì)硅基光源的開發(fā)。在政府的一系列支持推動下，光電異質(zhì)集成技術(shù)飛速發(fā)展，在學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了一系列技術(shù)突破。

硅基光電子行業(yè)研究報告中的行業(yè)數(shù)據(jù)分析以權(quán)威的國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用宏觀和微觀相結(jié)合的分析方式，利用科學(xué)的統(tǒng)計分析方法，在描述硅基光電子行業(yè)概貌的同時，對行業(yè)進行細化分析，重點企業(yè)狀況等。報告中主要運用圖表及表格方式，直觀地闡明了行業(yè)的經(jīng)濟類型構(gòu)成、規(guī)模構(gòu)成、經(jīng)營效益比較、供需狀況等，是企業(yè)了解硅基光電子行業(yè)市場狀況必不可少的助手。

據(jù)了解，該行業(yè)發(fā)展空間極大，未來硅基光電子市場現(xiàn)狀如何呢?請查看，中研研究院出版的《2023-2028年中國硅基光電子行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢預(yù)測報告》。

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