2016/11/03 數據中心及其它應用領域的矽光子器件及市場趨勢-2016版－真乄科技業的頂尖投資團隊

矽光子技術主要應用

數據中心的指數級數據增長，將推動矽光子器件爆發，並拓展至激光雷達（LIDAR）等其它應用

隨著大數據的數據量日益增長，利用現有技術對這個數據量級別的數據傳輸，將很快達到其功耗、數據密度和承載極限。光子技術將在整個互聯網內繼續取代電子技術，包括數據中心，機架服務器，很快也將蔓延至計算機主板。

矽光子技術集合了光學、CMOS技術以及先進封裝技術。相比傳統的光學技術，它結合了矽技術的低成本、更高的集成度和互聯密度以及更多的嵌入式功能，同時功耗更低、可靠性更高。

儘管人們在矽光子領域投入了大量的研發，但是目前市場上仍只有少量的矽光子產品問世。不過，大型互聯網公司一直在大力推動該技術的發展，如微軟（Microsoft）、亞馬遜（Amazon）和臉書（Facebook）等，它們在該領域的投入將在數年內，赶超傳統服務提供商在該領域的投資。這些互聯網公司將作為主角，為未來新一代數據中心開發具有成本效益的光子技術，它們的目標是實現1美元/Gb。

矽光子技術在數據中心領域的發展路線圖

儘管因為連接距離短，銅導線還應用於架頂式交換機和服務器的連接，但是光纖連接隨著帶寬和互聯距離的延長而逐漸成為基本配置。並且帶寬正顯著增長至接近機架服務器的帶寬。因而大部分現有的帶寬處於數據中心內部，互聯距離從幾米到數百公里之間。

回到2000年，Bookham公司首次實現了矽光子組件的商業化，也即陣列波導光柵和收發器。2006年，Kotura公司商業化了可變光學衰減器。隨後，Acacia公司和英特爾（Intel）等公司在2016年相繼推出了更多的矽光子產品，大部分都是瞄準100G網絡傳輸，不過很快將實現到400G的跨躍發展。下一款產品或許將會是基於矽光子技術的收發器。不過，我們認為矽光子技術在那時也將應用於其它產品，如光學生物傳感器、氣體傳感器以及無人駕駛汽車應用的激光雷達傳感器等。

此外，在該領域出現了越來越多的新的初創公司，日益增長的風險投資也預示著該領域的欣欣向榮。互聯網泡沫破裂15年來，光學通信領域似乎開始再次吸引投資者湧入。

矽光子收發器產品路線圖

預計到2025年，數據中心應用的矽光子技術市場將達到數十億美元，並且在其它應用領域也頗具前景

2015年，矽光子技術市場銷售額仍低於4000萬美元，並且，在公開市場上僅有少數幾家公司真正有產品出貨。然而，未來十年該領域將實現爆發性增長，已封裝的矽光子收發器市場規模預計將達到60億美元。不過，除了目前機遇最好的數據中心應用，還有許多其它有前景的應用領域，包括高性能計算機、通信、傳感器、生命科學、量子計算機及其它高端應用。

矽光子技術對數據中心的有益作用

矽光子技術能夠通過光學功能集成和微型化進一步獲得有價值的產品，由此將推動兩種特別有前景的應用發展，它們分別是無人駕駛汽車應用的激光雷達傳感器和生化傳感器。

目前的激光雷達傳感器由於成本高昂、體積龐大而阻礙了其在汽車領域的集成。矽光子技術可以使激光雷達無需運動部件，而運動部件在惡劣的汽車環境中往往可能導致問題的發生。

生化傳感器和氣體傳感器並不是新的技術，已經在多個領域有了應用。但是，隨著大量有前景的移動應用的興起，氣體傳感正變得越來越重要。許多公司都在其產品規劃中，將生化傳感器或氣體傳感器集成進入智能手機或可穿戴產品中，但是，尺寸、成本和靈敏度目前仍存在一定的問題。為推動光學氣體傳感器進一步微型化，許多公司已經考慮採用矽光子技術作為其器件的集成平台。預計到2025年，這些非數據中心應用的市場規模將達到3億美元。

矽光子市場預測

除了技術挑戰，一種類似IC產業的供應鏈正在形成

矽光子技術的市場應用之路充滿挑戰，尤其是來自技術方面的挑戰。激光光源的集成便是一個主要技術挑戰，對此，銻化銦芯片上的激光芯片後端處理或將是一個值得關注的方法。功耗問題也很重要。目前的功耗水平大約在10pJ/bit，2025年的目標是要將功耗降低到200fJ/ bit以下。此外，產業界也需要從並行光纖發展至波分複用技術（wavelength division multiplexing, WDM），大多數廠商都在其產品路線圖中規劃了波分複用技術。

封裝仍是目前的主要技術障礙，約佔最終收發器產品成本的80~90%，主要由於光學校準要求非常嚴格，並且增加了組裝所需要的時間。現在，MEMS技術或能幫助解決這些問題，Kaiam公司和Luxtera公司在這方面做了很多開拓性的工作，並建立了一些方案來提供低成本光子組裝試驗產線，尤其是在歐洲。這些技術挑戰都和成本相關，目標是從目前的5美元/Gb，到2020年降至0.1美元/Gb以下。

矽光子技術供應鏈還在逐步形成過程中，落後主流的矽半導體供應鏈好多年，僅有少數封裝服務或軟件提供商。然而，縱觀全球，大舉的研發併購和相關項目正在進行，為現有廠商做好知識產權佈局。對於外包半導體組裝和測試廠商來說，由於市場對低成本封裝解決方案的需求，其機遇也必定會增加。隨著晶圓消耗數量的增長，將驅動成本不斷降低，矽光子代工廠必定會湧現出來。

矽光子主要廠商及其發展現狀