十月_矽光子專題｜全球矽光子市場概況分析(下)

圖2、全球矽光子市場廠商市佔率

資料來源 : 智璞產業趨勢研究所整理，2023/09

在應用方面，矽光子技術涵蓋資料運算、傳輸及感測領域。市場規模如表1所示，2021年應用市場規模的前三大依序是資料中心、長途與5G等領域用收發器，到2027年的前三大應用市場規模預計為資料中心收發器、光子運算與消費者醫療保健。

表1、2021、2027前三大市場應用變化

資料來源 : Yole Développement (2022)；智璞產業趨勢研究所整理，2023/09

其中，成長性最佳的三大應用則是共封裝光學、光通訊與光纖陀螺儀，年均複合成長率[2021~2027]分別為302%、259%及194%，如圖3，重要應用說明如下 :

圖3、2021、2027年矽光子應用市場規模變化

資料來源 : Yole Développement (2022)；智璞產業趨勢研究所整理，2023/09

• 資料中心 : 近年來為因應龐大的資料流量，資料中心的網路佈建必須快速升級。由於銅纜線能提供的頻寬已不符需求，故快速導入光纖以太網與矽光子元件光纖收發器，目前主要由Intel與Cisco提供，能幫助光信號快速轉換為電子信號以提升資料傳輸速率及延長可傳輸距離。根據Equnix公司發布資料，2017~2021年全球網際網路頻寬容量的年複合成長率達48%，2020年起網路交換器進入400Gbps時代，此時還能使用銅纜線傳輸，但2022年進入800Gbps時代後搭配銅線傳輸會出現信號衰減現象，將逐步採用光纖通訊而有利於矽光子技術發展，市場研究機構Gartner預估，矽光子交換器產品占資料中心通訊頻道比例將從2020年不到5%提升至2025年的超過20%。
• 5G通訊 : 以往4G LTE的基地台訊號能直接進入室內，但5G毫米波訊號穿透性較差而容易造成室內收訊不佳，可使用光載微波系統延伸信號至室內以解決此問題，其使用光纖傳輸可提供5G網路所需之較大的信號頻寬與資料傳輸量。採用整合矽光子晶片、射頻晶片及相位陣列天線的矽光子光載毫米波天線模組具有體積小、功耗低的優點，有利於室內大範圍安裝。
• 光子運算 : 係由光信號進行數據運算、邏輯操作、訊息儲存和處理的計算機。它由雷射與反射鏡、透鏡、濾波器等光學元件所構成，依靠雷射光束進入反射鏡和透鏡組成的陣列進行訊息處理，除具有超高運算速度外還有與人腦相似的容錯性，當系統中某一元件損壞或出錯時不會影響最終計算結果。目前已有從MIT獨立出的新創公司Lightmatter推出光子處理器，其由兩顆垂直堆疊的晶片構成，上方是12 nm製程的ASIC，下方是90 nm製程的光學運算晶片，兩者都是由GlobalFoundries代工生產。該公司宣稱在執行BERT和Resnet-50模型時該晶片能效與處理訊息量各是Nvidia A100的20倍、5倍。
• 醫療保健 : 矽光子技術可將各種光子和電子功能整合到單一晶片中，以製作價格更低、處理速度更快、更節能的醫療器材，讓民眾感覺不適時可先在家中檢查，有需要再到醫院治療。例如Apple開發出矽光子偵測血糖技術，係以雷射照射皮膚下組織，偵測未被葡萄糖吸收的反射光以分析其濃度；Surfix Diagnostics開發矽光子生物感測器，可檢測多種生物特徵以進行診斷和治療。
• 光達(LiDAR) : 高感測精準度的光達是自駕車發展的關鍵，目前主流技術是直接飛行時間(dToF)系統，係測量雷射脈衝光到達目標並返回感測器所用時間以計算與目標物體間的距離，可探測多個物體。第二種技術是間接飛行時間(iToF)系統，也是使用雷射光波偵測物體，但卻是根據發射和接收光的波形相位差來計算與目標物體間的距離，只能探測單一物體，用於室內環境的精準度較高。第三種是調頻連續波(FMCW)系統，係使用可調諧的雷射器來產生連續光波，以不斷發出漸增密度的信號再透過計算光線往返之間的相移來計算與目標物體間的距離，在光訊號轉為電訊號的過程會使用到矽光子技術，該技術優勢是既有出色的測距性能，還能捕獲方向速度資訊，矽光子技術普及有助於解決成本偏高的缺點，使其有機會取代主流的直接飛行時間技術。