在人工智能和数据通信收发器需求激增的推动下，硅光子学和光子集成电路(PIC)市场正在经历强劲增长。业界的主要参与者——如英特尔(Intel)、相干(Coherent)和Infinera，都纷纷在其收发器中积极地采用PIC。
硅光子学和光子集成电路的优势和挑战是什么?
市场调研机构IDTechEx在最新发布的一份《硅光子学和光子集成电路2024-2034：市场、技术和预测》报告中，对光子集成电路PIC市场进行了深入的调查，并将用于人工智能的光子收发器确定为一个新兴细分市场，很快将成为PIC需求的最大来源。
IDTechEx指出，光子集成电路(PIC)市场8%的复合年增长率将受到量子、5G、激光雷达、传感器(如生物传感器和
气体传感器)和人工智能数据通信应用的推动。
光子集成电路(PICs)是由硅(玻璃)、硅或磷化铟等材料制成的微小光学系统。从复杂的光学设计，到能够探测周围空气中不同化合物和分子的人造鼻子……PICs可以实现一切，从允许数十亿位信息在糖果棒大小的包装中发送和接收的复杂光学设计，到可以探测周围空气中不同化合物和分子的人造鼻子。
通过利用在CMOS芯片上数十亿美元的投资，光子集成电路(PIC)可以释放出超越摩尔定律的新处理扩展潜力。然而，PICs市场仍然面临重大挑战，如材料限制、集成复杂性和成本管理。需要大量的需求，来抵消设计和制造PIC的初始成本，并且生产前置时间可能需要数月。
未来的PIC材料是什么？
未来的PIC材料种类繁多。目前大多数市场使用硅和硅基PICs进行光传播；然而，作为一种间接半导体，硅不是一种有效的光源或光电探测器。因此，硅通常与III-V材料结合用于光源和光探测。
硅的市场主导地位将持续下去。然而，薄膜铌酸锂(TFLN)由于其适度的波克尔斯效应和低材料损耗，正在成为未来需要高性能调制的应用的有力竞争者，例如量子系统或潜在的高性能收发器。
单片磷化铟(InP)由于其探测和发射光的能力而继续成为主要的参与者。此外，人们正在探索钛酸钡(BTO)和稀土金属等创新材料在量子计算和其他尖端应用中的潜力。
人工智能如何改变对硅光子学和PICs的需求？
人工智能(AI)的兴起，刺激了对高性能收发器的空前需求，这些收发器能够支持人工智能加速器和数据中心所需的大量数据速率。硅光子学和PICs处于这场革命的最前沿，它们能够以1.6Tbps甚至更高的速度传输数据。正如英伟达最新的Blackwell CPU所显示的那样。
根据IDTechEx的研究，每个GPU需要大约两个800G收发器，对高效、高带宽通信的需求，对人工智能来说变得越来越重要，将硅光子学和PIC定位为人工智能驱动的未来的重要组件。
PIC收发器发展的最大驱动力是人工智能，因为高性能的人工智能加速器将需要更高性能的收发器，预计到2026年将达到3.2Tbps的收发器。
未来的应用有哪些?
硅光子学和PICs的其他应用各不相同——从高带宽芯片对芯片互连到先进封装和共封装光学。这些技术正在为下一代计算铺平道路。
光子引擎和加速器：使用某些光子组件，如马赫-曾德干涉仪，并通过光电互连控制这些组件，可以设计和制造高性能处理器和可编程PIC设备，从而释放比单独使用电子加速器更高的性能。
基于PIC的传感器：某些PIC材料(如氮化硅)，可以用于一系列不同的传感器，从气体传感器到“人造鼻子”。医疗传感器行业可能会利用光学元件小型化的优势，将其集成到PIC设备中，这可能会在即时诊断或可穿戴设备中得到应用。
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