硅基光電子行業細分市場 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進入芯片間互連及物聯網，其應用領域及規模將呈指數性增長。硅基光電子優勢明顯，除了在光通信領域的作用外，在其他商業領域如：光傳感、光計算、醫療健康和激光雷達等領域的價值也逐漸顯現，一個接一個應用得以落地。

硅基光電子學目前最迫切的需求來源于高速度，大容量，低成本的計算機網絡，寬帶通信網絡，物聯傳感網絡，以及大數據中心。

根據工信部的定義，超大型數據中心是指規模大于等于10000個標準機柜的數據中心;大型數據中心是指規模大于等于3000個標準機柜小于10000個標準機柜的數據中心;中小型數據中心是指規模小于3000個標準機柜的數據中心。大數據中心行業數據統計從數據中心類型來看，超大型數據中心占比正在持續提升。

硅基光電子學擬解決的關鍵問題包括: 微納米范圍之內的光電相互作用及影響，微納范圍內光-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，電子束光刻，納米壓印技術，聚焦離子束加工，高精度等離子體工藝等。

硅基光電子行業細分市場

硅基光電子就是研究和開發以光子和電子為信息載體的硅基大規模集成技術。其核心內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模集成芯片。

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

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

目前硅光電子芯片正于螺旋上升的狀態，是一個嶄新的技術。預計到2026年，全球硅光市場規模將超過70億美元。未來硅基光電子技術進入芯片間互連及物聯網，其應用領域及規模將呈指數性增長。

硅基光電子優勢明顯，除了在光通信領域的作用外，在其他商業領域如：光傳感、光計算、醫療健康和激光雷達等領域的價值也逐漸顯現，一個接一個應用得以落地。所以，硅光產業將在21世紀迎來爆發式增長。

圖表：中國光模塊行業企業數量規模

數據來源：中研普華研究院

硅基光電子市場的拓展和系統規模的大幅度提升，硅基光電子片上系統架構正向多通道和高并行的架構演進，隨之而來的便是日趨增長的對低成本和高穩定性并行光源的需求。然而，由于硅材料本身不發光，硅基激光器的實現一直是世界性難題，在硅基光電子芯片上研發出多路并行的硅基光源更被公認為是該領域最大的瓶頸之一。

超大規模數據中心建設引領光模塊進入400G時代，從現有技術規格來看，400G光模塊主要分為OSFP(25GPAM4*8;更適合電信;)、QSFP-DD(50GNRZ*8;適合短距數據中心)、CFP8三種方案。當前400G模塊的需求來源是云廠商，對于其超大數據中心而言，并不要求長距離傳輸，對能耗指標和尺寸要求較高，QSFP-DD為數據中心400G光模塊首選。

預計到2026年全球光模塊市場規模約210億美元，并且2020-2026年的復合年增長率將高達14%。

2024-2028年硅基光電子行業投資建議

一、硅基光電子行業發展策略建議

二、硅基光電子行業投資方向建議

三、硅基光電子行業投資方式建議

中研研究院出版的《2023-2028年中國硅基光電子行業發展現狀及趨勢預測報告》顯示

《中國光電子器件產業技術發展路線圖(2018—2022年)》指出，目前高速率光芯片國產化率僅3%左右，要求2022年中低端光電子芯片的國產化率超過60%，高端光電子芯片國產化率突破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與應用，對光子器件模塊化技術、基于CMOS的硅光子工藝、芯片集成化技術、光電集成模塊封裝技術等方面的研究開展重點攻關。

硅基光電子技術的發展始于上世紀80年代，Soref發現了晶體硅中的等離子色散效應，為硅基電光調制提供了理論基礎。硅光子技術其核心理念是“以光代電”，即利用激光束代替電子信號進行數據傳輸。硅光子技術將硅光模塊中的光學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，最終實現真正意義上的“光互聯”。

硅基光電子行業研究的具體內容包括: 硅中光子與電子的相互作用, 硅基光波導，硅基無源器件，硅基光源，硅基光學調制，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集成，硅基光電子學的應用等。

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

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制器等問題。因此，利用不同種材料發揮其各自光電特性優勢的硅基光電異質集成技術近年來發展迅速。硅基光電異質集成技術不僅擁有硅材料可大規模?CMOS?制造的特點，同時充分發揮不同材料的優異光電特性，可實現傳統硅光技術無法媲美的器件指標，進而實現真正意義上的硅基光電子單片集成系統。

國內光模塊公司大多還采用傳統的透鏡封裝方案，目前尚未有公司在量產產品上使用異質集成解決方案。相比國外各大公司、代工廠的產業化發展，我國在硅基異質集成方面產業發展較為緩慢，尚未形成一定規模的公司基于異質集成技術開發產品并批量出貨。

近?10?年來，硅基光電子集成的關鍵材料和器件研究引起了科學界和工業界的廣泛關注，僅美國?Intel?公司對硅基光電子的研發投入就高達數十億美元。

在“863?計劃”“973?計劃”和國家自然科學基金等支持下，我國也加大了硅基異質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，調制、探測、復用與解復用等分立器件已經研制成功，異質集成襯底、光源、高速光電調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)設立“用于通用微尺度光學系統的激光器”(LUMOS)項目，投入?1900?萬美元進行硅基異質材料集成光源的研究。日本能源與工業技術發展組織投入?22.5?億日元用于硅基高亮度、高效率激光器的開發。歐盟“地平線?2020”投入?262?萬歐元用于異質硅基光源的開發。在政府的一系列支持推動下，光電異質集成技術飛速發展，在學術和產業領域取得了一系列技術突破。

硅基光電子行業研究報告中的行業數據分析以權威的國家統計數據為基礎，采用宏觀和微觀相結合的分析方式，利用科學的統計分析方法，在描述硅基光電子行業概貌的同時，對行業進行細化分析，重點企業狀況等。報告中主要運用圖表及表格方式，直觀地闡明了行業的經濟類型構成、規模構成、經營效益比較、供需狀況等，是企業了解硅基光電子行業市場狀況必不可少的助手。

據了解，該行業發展空間極大，未來硅基光電子市場現狀如何呢?請查看，中研研究院出版的《2023-2028年中國硅基光電子行業發展現狀及趨勢預測報告》。

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