Le marché des puces photoniques au silicium dépassera les 600 millions de dollars américains en 2028

Organisation d'études de marché Yole Intelligence a déclaré que la technologie photonique sur silicium a fait de grands progrès depuis 1985, depuis le développement initial de guides d'ondes hautement contraints jusqu'à l'adoption stratégique de matériaux, de technologies d'intégration et de conditionnement dans l'industrie CMOS, établissant finalement sa position dans les modules optiques. domination sur le terrain.

Yole a conclu que le scénario d'application principal et le plus direct de la lumière au silicium est le centre de données et qu'Intel occupe une position dominante dans ce domaine. En outre, il existe de larges perspectives de développement dans le domaine de télécommunications, lidar optique, informatique quantique, informatique optique et dans le domaine des soins médicaux.

Yole a souligné que le marché des puces photoniques au silicium représentera 68 millions de dollars américains en 2022 et devrait dépasser 600 millions de dollars américains d'ici 2028, avec un taux de croissance annuel composé de 44 % de 2022 à 2028. Le principal facteur à l'origine de cette croissance est le 800G. modules optiques enfichables pour l'interconnexion des centres de données à haut débit et l'apprentissage automatique qui nécessitent un débit plus élevé et une latence plus faible.

Le paysage de l’industrie de la photonique sur silicium se dessine autour de différents acteurs. Parmi les acteurs actuellement activement impliqués dans l'industrie de la photonique sur silicium : des acteurs verticalement intégrés (Intel, Cisco, Marvell, Broadcom, Nvidia, IBM, etc.), des start-ups/entreprises de conception (AyarLabs, OpenLight, Lightmatter, Lightelligence, etc.), des chercheurs institutions (University of California, Berkeley) Campus, Columbia University, Stanford Engineering School, MIT, etc.), fonderies de plaquettes (GlobalFoundries, Tower Semiconductor, imec, TSMC, etc.) et fournisseurs d’équipements (Applied Materials, ASML, Aixtron…).

L’industrie de la photonique sur silicium se caractérise par une recherche et un développement continus, des partenariats stratégiques et une collaboration entre différents acteurs pour faire progresser la technologie. Grâce à l’émergence de fonderies photoniques sur silicium et à une expertise croissante dans le domaine, la technologie devient également plus accessible à un plus grand nombre d’entreprises. Dans le même temps, cette technologie peut augmenter la vitesse de transmission des données, réduire la consommation d’énergie et réaliser diverses applications, c’est donc un domaine industriel avec de grandes perspectives de développement.

Intel est en tête du marché des communications de données avec 61 % de part de marché, suivi par Cisco, Broadcom et d'autres petites entreprises. Dans le domaine des télécommunications, Cisco (Acacia) détient près de 50 % des parts de marché, suivi de Lumentum (Neophotonics) et Marvel (Inphi). Les modules ZR/ZR+ enfichables cohérents favorisent le développement du marché de la photonique sur silicium pour les télécommunications. Les entreprises chinoises en sont au stade du prototype ou de l’échantillon.

Malgré les défauts du silicium en tant qu'émetteur de lumière, des avancées récentes ont permis d'introduire des méthodes innovantes de fabrication de composants optiques actifs sur silicium, permettant une production de masse en quelques années seulement.

Notamment, le silicium a un rendement quantique interne (QE) relativement faible, tandis que les matériaux à bande interdite directe III-V ont des rendements proches de 100 %. Essentiellement, l’accent est mis sur les semi-conducteurs à bande interdite directe, et la voie vers la photonique sur silicium semble être une intégration monolithique via des lasers à points quantiques (QD).

Le PIC InP traditionnel nécessite cinq à six étapes de régénération, ce qui entraîne des coûts élevés, de nombreux problèmes et un rendement limité. L'intégration hétérogène présente l'avantage de combiner simultanément plusieurs matériaux, liaisons et traitements. Cependant, comme la taille des substrats III-V est bien inférieure à 300 mm, le coût des substrats n'est pas faible, ce qui a suscité un intérêt croissant pour l'intégration monolithique. Par conséquent, la technologie d’intégration monolithique des lasers sur puce offre une approche prometteuse pour réaliser une intégration photonique sur silicium à haute densité et à grande échelle.

Les paramètres inhérents des lasers QD dépassent ceux des dispositifs à puits quantiques (QW), avec une durée de vie plus longue, une tolérance élevée aux défauts de matériaux, une intégration épitaxiale des lasers QD sur silicium, une stabilité à haute température et un fonctionnement non refroidi, et permettent aux lasers à largeur de raie étroite d'augmenter bande passante.

La photonique sur silicium ne se limite pas à un seul substrat ou matériau. Diverses plateformes matérielles pour l'intégration photonique, telles que les couches minces LiNbO3 (TFLN), SiN, BTO, GaAs, etc., ont montré leur potentiel. Parmi eux, les TFLN à couches minces à base de silicium progressent rapidement. Les TFLN ont des restrictions de mode strictes et se sont révélés très utiles pour créer des modulateurs à grande vitesse.

De plus, il existe un grand écart d’échelle entre l’intégration photonique sur silicium et les circuits intégrés en silicium. Les circuits intégrés en silicium ont été réduits à quelques nm. Les puces photoniques au silicium ne nécessitent pas de technologie de photolithographie 3 nm. La technologie 45 nm est tout à fait suffisante pour produire des performances et une qualité élevées. de puces photoniques en silicium. Ceci est avantageux car utiliser une fonderie avec des niveaux de lithographie inférieurs est très rentable.

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