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图 1：光子集成电路（PIC）技能市场于将来十年间的增加猜测。（图片来历：IDTechEx）

光子集成电路（PIC）经由过程提供比传统电子电路更高的数据传输速率及更低的能耗，正于光通讯及光计较范畴掀起一场全新的厘革。市场调研公司IDTechEx 的最新陈诉《2025-2035 年硅光子学与光子集成电路：技能、市场与猜测》显示，跟着人工智能（AI）数据中央、电信、量子计较和传感到用需求的连续增加，估计到 2035 年 PIC的市场范围将冲破 540 亿美元（见图1）。

PIC 于AI数据中央中的作用

AI运用的迅速扩大，以和需要年夜量参数的基础模子的不停成长，致使数据中央内的数据处置惩罚需求呈指数级增加。这类数据处置惩罚需求的激增，需要高带宽、低延迟的通讯通道，来高效处置惩罚 AI 加快器及存储体系之间的年夜量数据流。PIC 已经经成为满意这些需求的一种要害技能，由于与传统电子互连比拟，PIC能提供更高的数据传输速度及能源效率。

高带宽光互连的须要性

练习及运行年夜型现代AI模子，需要于数据中央内举行年夜量的数据挪动，由于必需举行年夜量的矩阵运算，而这些运算经常漫衍于多个图形处置惩罚单位（GPU）节点上。传统的电子互连于满意所需的带宽及延迟规格方面面对挑战，这往往会形成拦阻整个体系机能的瓶颈。

PIC 经由过程利用光举行数据传输来减缓这些问题，以实现更高的带宽及更低的延迟。经由过程光接收酿成的能量丧失凡是低在经由过程电阻孕育发生的划一丧失，这提高了能源效率并增长了传输间隔。

近来的成长突显了 PIC 于AI数据中央中的要害作用。例如，意法半导体（STMicroelectronics）正与亚马逊收集办事（AWS）互助，推出一种新的硅锗 PIC 出产工艺。据悉，新出产工艺将在本年下半年投入出产规划，经由过程该工艺制造的可插拔收发器将集成到 AWS 的基础举措措施中，这突显了行业向光子解决方案改变的趋向，以满意AI的数据传输需求。

共封装光学：集成光子学与电子学

为了进一步提高机能及能源效率，光子学与电子元件的直接集成愈来愈遭到存眷。共封装光学（CPO）触及光子集成电路及电子集成电路的慎密耦合，这类耦合削减了传统互连带来的旌旗灯号丧失及功耗。这类要领于AI数据中央中尤其有利，于AI数据中央，缩短电气路径长度不仅可以于提高吞吐量的同时降低延迟，还有可以经由过程最小化电阻损耗来降低功耗。

硅光子学：上风与局限

硅光子学因其与成熟的半导体系体例造工艺的兼容性，而成了 PIC 市场中的领先技能。它凡是基在绝缘体上硅（SOI）平台，行将硅置在二氧化硅上；不外于某些环境下，这些晶圆也会利用氮化硅取代硅来构建相干布局。

台积电（TSMC）已经经在 2024 年年中公布进入硅光子学市场，起首对准的是可插拔收发器，随后将致力在CPO，这标记着该技能于决定信念方面又到达了一个新的里程碑。

硅光子学的重要上风包括：

（1）能与互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺集成。硅光子学制造可以或许使用现有的代工场基础举措措施，这不单能降低出产成本，而且能实现年夜范围量产。

（2）可扩大性。硅光子学于尺度半导体工艺内运行，是以它可以与传统电子电路一路扩大。

（3）能源效率。与电气互连比拟，硅光子学可以或许于高速数据传输中实现更低的功耗。

只管有这些利益，可是硅光子学也存于一些显著的局限性，而其他质料平台可以解决这些问题。这些局限性包括激光集成的坚苦，由于硅是一种间接带隙半导体，是一种较差的激光质料。与一些替换质料比拟，其调制机能及光波导中的损耗也较差。

针对于PIC 的质料立异

虽然硅于 PIC 市场中盘踞主导职位地方，但如图 2 所示，一些新兴质料正致力在解决硅质料的固有局限性。

磷化铟（InP）。作为一种直接带隙半导体，InP可以或许实现高效的光孕育发生及检测，广泛运用在电信范畴，而且跟着对于高速光互连需求的增长，估计其市场份额将增长。

薄膜铌酸锂（TFLN）。TFLN具备强盛的光电机能及低损耗，正成为包括量子计较及超高速光通讯于内的高机能调制运用的候选质料。但因为将其与尺度 CMOS 工艺集成存于挑战，其技能成熟度仍旧较低。

图 2：按质料类型划分的 PIC 市场份额。（图片来历：IDTechEx）

跟着对于高机能收发器需求的增长，具备极高调制机能的质料估计将会于市场中备受青睐。跟着数据中央收发器要求的不停蜕变，估计于将来 10 年内，硅光子学运用规模的扩展将为其他质料平台带来市场增加时机。

通讯范畴以外的 PIC 运用

虽然数据通讯仍旧是 PIC 的最年夜市场，可是PIC于其他范畴的运用也于不停涌现。

（1）激光雷达（LiDAR）。由 PIC 实现的调频持续波（FMCW）激光雷达，能提高主动驾驶汽车及工业主动化的机能。

（2）生物传感器及气体传感器。

用氮化硅制造的 PIC ，正助力实现面向医疗保健及情况监测运用的紧凑型、高敏捷度传感装备。

（3）量子计较。光子量子计较是一个快速成长的范畴，PIC 于扩大量子架构方面阐扬着要害作用。开发离子阱及基在光子的量子处置惩罚器的公司，正于投资集成光子学解决方案，以提高不变性及可扩大性。

市场增加与行业格式

估计于将来十年内，仅硅光子学市场就将连结 20% 的复合年均增加率（CAGR）。虽然这于很年夜水平上是由连续成长的AI热潮所驱动，但包括激光雷达、生物传感及量子计较于内的 PIC 新兴运用场景，估计将于这一期间的后半段盘踞显著的市场份额。

跟着市场对于高速、节能光学解决方案的需求连续增加，PIC 有望于重塑将来计较、通讯及传感技能的成长方面，阐扬基础性作用。

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