PhotonDelta和麻省理工学院微光子学中心制定的路线图，将帮助光子IC参与者驾驭复杂的技术并建立全球供应链。
今年早些时候，总部位于荷兰的集成光子行业中心PhotonDelta和麻省理工学院(MIT)微光子学中心发布了最新的国际集成光子系统路线图(IPSR-I)。该路线图汇集了空客、Meta、NASA、杜邦电子、通用汽车、欧洲航天局和VodafoneZiggo等400多家行业参与者的意见，确定了技术挑战，并阐述了如何建立全球供应链，推动光子集成电路(PIC)的批量生产。正如PhotonDelta首席技术官Peter van Arkel所说：“达成共识很有挑战性，但绝对是值得的。”
在此版本之前的上一个IPSR-I于2021年发布。根据van Arkel的说法，新版本紧随PIC的快速发展，并提供了对许多行业的洞察力，包括航空航天、数据通信以及新兴的农业食品和3D传感激光雷达(LiDAR)行业。纵观路线图，van Arkel还表示，技术瓶颈“无处不在”，异构集成显然仍是一个棘手而普遍的问题。
“我们谈论的是激光器、探测器、波导和调制器，但也包括光子技术和电子技术。这些都需要更紧密地结合在一起，而且是在所有应用领域，”他说，“这是路线图的核心信息之一。”
据van Arkel称，路线图还表明，应对晶圆级测试和封装挑战将有助于推动生产量的增长，而硅光子工艺设计套件(PDK)的成熟对于加速芯片和封装开发是必不可少的。
图1：PhotonDelta和麻省理工学院微光子学中心共同制定的新集成光子路线图，已为推动PIC制造向前发展做好了准备。(来源：PhotonDelta)
规划未来
IPSR-I路线图将受到许多业内人士的欢迎，因为技术分析师预计硅光子器件和PIC将实现强劲增长。例如，IDTechEx预测，未来十年全球市场规模将增长一倍多，达到220亿美元。
IDTechEx技术分析师James Falkiner认为，这种路线图为所有决定是否投资光子行业的组织都提供了重要的洞察力。“尝试在全球范围内将所有人都聚集到一个路线图中也是一个好主意。”Falkiner说，“我们在美国有设计公司，在欧洲有人才，在亚洲有光子器件制造公司，比如GlobalFoundries和三星。归根结底，这个行业是全球性的。”
与van Arkel的观点一致，正如路线图所概述的那样，Falkiner指出需要确保PDK和制造的产品真正匹配，并解决光子行业相对较长的制造周转时间问题。
“如果你能像电子行业一样，把一年的周期缩短到三个月，那么你就能更快地开始改进你的芯片。”他说，“我们确实需要电子制造和代工厂与光子学之间更多的合作。行业需要共同寻找解决方案，而制定路线图在这方面很重要。”
那么，PIC的主要市场驱动力在哪里呢？Van Arkel指出了数据通信和AI数据中心，并指出“目前每家电信提供商都在为这些应用开发集成光子器件”。他还认为，自动驾驶汽车的兴起以及随之而来的对LiDAR传感器的需求可能会在未来几年引发PIC市场的大幅增长。
图2：IDTechEx的分析表明，数据通信、5G和LiDAR传感器等应用正在推动PIC市场的发展。(来源：IDTechEx)
Falkiner还预计，对LiDAR的不断增长的需求将推动PIC制造，5G电信也是如此。不过，他认为，真正的市场成功在于当今对高性能收发器前所未有的需求，这种收发器基于硅光子技术和PIC，能够支持AI加速器和数据中心所需的海量数据速率。Jabil-Intel、Coherent和Infinera等主要行业参与者正在其收发器中使用PIC，而总部位于中国的中际旭创(Innolight)已经利用其基于PIC的收发器达到了1.6Tbps的极快速度。
“这些收发器可以达到800Gbps的最高速度，到明年初，数据传输速度将达到1.6Tbps，到2026年将达到3.2Tbps。”Falkiner表示，“它们正在促进为ChatGPT和Microsoft Copilot提供支持的大型AI加速器机架之间的高效、高带宽通信，而且正迎来数十亿美元的投资。”
Falkiner预计，PIC技术将继续应用于高性能收发器，未来对其的需求将持续存在。正如他所指出的那样，英伟达的GPU全部超额认购，每个GPU都需要大约两个800Gbps收发器来传输数据。
“我们预计全球将有大约15,000个数据中心，每个数据中心都将使用数十万个加速器，从而导致收发器需求的大幅增长。”他补充说。
鉴于这些行业发展，未来肯定会扩大PIC的生产规模。正如van Arkel所说，“我们的代工厂已经堆满了光子晶圆，并在满负荷生产。我认为这已经是相当高的产量了。不难想象，光子芯片制造很快就会带来数十亿美元的收入。”
当然，IPSR-I全球路线图也有助于推动行业朝着正确的方向发展。“我们知道大家对此很感兴趣。”van Arkel说，“它引发了关于集成光子器件的大量讨论，而路线图的核心是光子行业团结一致应对核心挑战的全球方法。”
（原文刊登于EE Times欧洲版，参考链接：A Blueprint for the Integrated Photonics Industry?，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子工程专辑》2024年9月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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