中國信通院：光電融合，開辟“后摩爾時代”新賽道

  ICC訊 2024年12月20日，中國信息通信研究院正式對外公布了《信息光子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2024年）》，該報告深入剖析了信息光子技術(shù)的宏觀態(tài)勢、各分支領(lǐng)域的最新進展、產(chǎn)業(yè)融合研究，并對行業(yè)的未來走向做出了全面展望。

  全球光子技術(shù)市場競爭激烈，預(yù)計到2027年規(guī)模將增至12000億美元。

  隨著人工智能技術(shù)的興起，全球光子技術(shù)市場迎來了新的增長機遇，特別是美國、歐洲、日本和韓國等主要經(jīng)濟體，它們已經(jīng)認識到光子技術(shù)在通信、數(shù)據(jù)處理和傳感等領(lǐng)域的革命性潛力，并正在積極投資研發(fā)以強化其光子技術(shù)能力，確保在國際競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

  據(jù)報告顯示，全球光子技術(shù)市場規(guī)模已超過九千億美元。截至2023 年，全球光子市場規(guī)模約為 9200 億美元，預(yù)計到 2027 年市場規(guī)?？蛇_ 12000 億美元。其中光算存市場數(shù)十億美元，光連接市場數(shù)百億美元，光采集和光呈現(xiàn)市場數(shù)千億美元發(fā)展態(tài)勢。同時，信息光子技術(shù)的各個細分領(lǐng)域也正處于不同的發(fā)展階段，主要根據(jù)傳統(tǒng)方向、新興方向以及細分融合三大發(fā)展方向，共同推動著光子技術(shù)市場的快速發(fā)展。

  四大關(guān)鍵領(lǐng)域齊發(fā)展，光子與信息科學(xué)的相互融合、創(chuàng)新與應(yīng)用

  “信息光子”是光子學(xué)中信息相關(guān)部分，是光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉領(lǐng)域，將光子作為載體，通過操控光子實現(xiàn)信息的獲取、傳遞、處理和呈現(xiàn)。作為光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉學(xué)科，信息光子技術(shù)已成為信息技術(shù)硬件基礎(chǔ)的核心，涵蓋了光采集、光連接、光算存和光呈現(xiàn)四大關(guān)鍵領(lǐng)域。這一技術(shù)不僅在光通信和光存儲等傳統(tǒng)領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色，也在芯片級光互連、光計算和新型存儲等新興領(lǐng)域中也顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。各個分支領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢多樣化，共同推動著信息光子技術(shù)的全面進步和創(chuàng)新。

  據(jù)報告顯示：

  光連接：向更高性能迭代延伸

  光連接技術(shù)正朝著高速率、大容量、高可靠、低能耗、低時延的方向發(fā)展，其中高速率已成為核心訴求。在AI人工智能等業(yè)務(wù)的驅(qū)動下，光連接速率的迭代周期進一步縮短，即將邁進T+b/s時代。并通過擴展頻譜和采用新型光纖技術(shù)，顯著提升傳輸?shù)娜萘?。此外，伴隨著數(shù)據(jù)智算中心的快速發(fā)展以及 5G-A/6G 持續(xù)推進，光連接需求日益增長，，技術(shù)應(yīng)用也從模塊或板卡級別的光互連逐漸向芯片間/芯片上光互連轉(zhuǎn)變。應(yīng)用范疇也由陸地向衛(wèi)星、車載、水下等領(lǐng)域延伸，光連接技術(shù)正逐步泛化為全尺度連接技術(shù)。

  光算存：向集成化、一體化、智能化演進

  在光算存領(lǐng)域，光電混合架構(gòu)的專用模擬光計算技術(shù)正成為該研究領(lǐng)域的熱點。這類技術(shù)在處理涉及大量運算工作負載且不需要精確解的特定任務(wù)時，可以作為協(xié)處理器來補充和加速電子計算。其中，光計算雖然在多領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，但由于光計算涉及光電融合等問題，技術(shù)難度高，且需由光計算企業(yè)全程把關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈相對封閉，成熟度有待進一步提升；光存儲雖然性能不斷提升，但距離實用階段距離較長。未來有望進入車載計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等泛在化、大眾化應(yīng)用場景。

  光采集：集成化、分布式路徑演進

  光采集作為收集和處理光信號實現(xiàn)對目標物探測或物理量感知測量的技術(shù)，可感知環(huán)境溫度、壓力、振動、應(yīng)變、彎曲和扭轉(zhuǎn)等參量變化。根據(jù)工作原理的不同，分為光電探測、激光傳感和光纖傳感三類。三類光集采技術(shù)也基于多元化的應(yīng)用場景，逐步向大規(guī)模、多功能、高精度、微型化、低成本、高可靠的集成式和分布式多向演進。此外，車載激光雷達、生物醫(yī)療傳感器和分布式光纖傳感器技術(shù)已經(jīng)成為當前應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域。

  光呈現(xiàn)：提升人類視覺體驗

  在AI人工智能的進一步推動下，光呈現(xiàn)目前已達千億級規(guī)模，新型顯示也已成為信息交互的重要端口。當前，光顯示技術(shù)仍以LCD和OLED兩大成熟技術(shù)為主線，但隨技術(shù)進步Micro LED、印刷OLED、集成化、三維化將有望發(fā)展為新的技術(shù)重點。光顯示和光成像技術(shù)的性能將持續(xù)提升，依賴于材料、工藝、裝備等多環(huán)節(jié)的協(xié)同進步。光呈現(xiàn)技術(shù)的升級迭代將實現(xiàn)更具沉浸、真實和交互感的呈現(xiàn)體驗。

  光電融合：后摩爾時代的新賽道

  據(jù)報告指出，當前光子集成正處于轉(zhuǎn)向規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點。與微電子集成電路CMOS 工藝相比，光子集成在工藝流程和復(fù)雜程度上相似，但在功能結(jié)構(gòu)單元、材料體系、標準化程度、發(fā)展規(guī)律和提升維度等方面存在明顯差異。在微電子集成電路發(fā)展趨勢放緩背景下，光子技術(shù)不追求工藝尺寸的極限縮小，有望通過光電融合等新方式開辟“后摩爾時代”新賽道。

  光子與電子作為信息技術(shù)的兩大支柱，各自擁有獨特的物理特性和優(yōu)勢，它們的融合是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。這種融合不僅在功能上實現(xiàn)協(xié)同，還在硬件上實現(xiàn)一體化。光電融合預(yù)計將由集成電路行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)引領(lǐng)，專注于拓展摩爾定律的邊界和探索超越CMOS技術(shù)的新領(lǐng)域。

  《信息光子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2024年）》的發(fā)布，為我們提供了宏觀的技術(shù)發(fā)展視角，同時為行業(yè)決策者提供了重要的參考和指導(dǎo)。隨著技術(shù)的持續(xù)進步和應(yīng)用場景的不斷拓展，信息光子技術(shù)必將成為推動未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動力。

  最后，報告建議：我國及美、歐、日、韓等全球主要經(jīng)濟體均高度重視光子能力構(gòu)建，為推動信息光子技術(shù)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，需加強戰(zhàn)略研究與統(tǒng)籌規(guī)劃、提升創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、深化生態(tài)建設(shè)與應(yīng)用牽引，促進多方要素形成合力，“政產(chǎn)學(xué)研用”各類主體共同打造融合式創(chuàng)新。