市場概要
シリコンフォトニクス市場は、2024年に21.6億ドル、2029年には75.2億ドルに達すると予測されており、2024年から2029年の予測期間中にCAGR 28.3％で成長。
5Gインフラストラクチャ開発の増加と新しいデータセンターへの投資の増加により、シリコンフォトニクスソリューション、特に100Gを超える高速シリコンフォトニックトランシーバの需要が高まっています。Intel、MACOM、Broadcomは、データセンターからネットワークエッジへとアプリケーションを多様化することで、シリコンフォトニック製品のポートフォリオを拡大。AIデータセンターの帯域幅要求を満たすデータコムアプリケーション向けコヒーレントトランシーバに対する需要の高まりが、予測期間中のシリコンフォトニクスの成長をさらに促進すると予想されます。
ノード間のデータレートが増加するにつれて、電気信号の整合性と障害がより重要になります。オプティクスは、同等の電気配線よりもシグナルインテグリティ問題が少なく、高帯域ソリューションを提供します。同様に、データセンターや高性能コンピューティング、テレコミュニケーションなど、さまざまなアプリケーションでシリコンフォトニック製品が採用されていることも、高速データ転送のニーズを後押ししています。インテル・コーポレーション（米国）は2018年、高速データ伝送に対する需要の高まりに対応するため、新しい100Gシリコントランシーバーを発表しました。すでに500万個以上を展開しているインテルのシリコンフォトニクス・プラットフォームは、レーザーを統合して製造と信頼性を強化。このトランシーバは、超広帯域などの優れた特性を持ち、低コストであるため、今後のデータセンター、ビジネス、コンシューマ関連アプリケーションの設計・開発見通しが向上します。100 Gbps PSM4光トランシーバーは、レーザー技術とIC技術の両方のユニークな特性を取り入れています。1組のチップトランスミッタとレシーバにより、長距離で100Gbpsの帯域幅をマージンエラーレートで実現できます。従来の技術ではデータ転送速度に限界があり、消費電力も大きい。そのため、シリコンフォトニクスのような高いデータ転送能力を実現する技術が急務となっています。
高性能な光データ伝送には、周波数や色の純粋な光を作り出すレーザーが必要です。シリコンレーザーは、シリコンをはじめ、リン化インジウムやヒ化ガリウムなどの材料を用いて製造されます。シリコンレーザーは、集積シリコンフォトニクスの実現に不可欠です。Ge-on-SiレーザーとIII-V系Siレーザーがあります。III-V系Siレーザーは、シリコンフォトニクスにおいてオンチップ光源を得る最も実用的な方法です。接合技術によって形成されたIII-V族ベースのシリコンレーザーは、最高の性能を示し、シリコンフォトニクス製造プロセスで使用するための最良の機会を示しています。しかし、長期的には、シリコン上のIII-V族材料の直接ヘテロエピタキシャル成長の方が、低コスト、高歩留まりの製造には有望と思われます。シリコンフォトニクスでは、オンチップ光源またはオフチップ光源を使用します。オンチップ光源とは、半導体チップ上に直接集積された発光部品のことで、通常、オフチップ光源よりも小型で消費電力が低いのが特徴です。しかし、シリコンチップ上にレーザー光源を組み込むことは、複雑さが増すため困難です。また、光源によってスペクトル組成が異なるため、オンチップ・レーザーの集積は複雑なプロセスとなり、市場成長の妨げとなります。
シリコンフォトニクス技術をベースとした製品を開発するために様々な政府から提供される資金が、この市場の成長に有利な機会を提供しています。シリコンフォトニクスは高速データ伝送速度や低消費電力など様々な利点を提供するため、政府からの資金提供は近年増加しています。例えば、2021年10月、ニューヨーク州政府は、米国製造フォトニクス研究所(AIM Photonics)が、空軍研究所(AFRL)およびニューヨーク州立大学研究財団と3億2100万米ドルで7年間の新たな協力協定を締結したと発表。この資金は、国家安全保障に不可欠であり、高性能マイクロエレクトロニクスの将来にとって極めて重要な技術である先端フォトニクスの製造準備に使用されます。最近の進歩により、シリコンベースのプラットフォームが、計測ベースの量子コンピューティングや高次元のエンタングルメントなど、さまざまな量子アプリケーションをサポートできることが示されています。シリコンチップ上にプログラマブルな回路を作ることができるため、複数の量子状態を同時に操作することが可能になり、スケーラブルな量子ネットワークの構築に不可欠です。シリコンフォトニクスとマイクロエレクトロニクスの統合により、複雑な量子アルゴリズムや安全な通信を実行できる汎用プログラマブルネットワークの構築が容易になります。
シリコンフォトニクス市場では、特にデバイスの小型化・複雑化に伴い、熱効果が懸念されています。熱効果はシリコンによる光の吸収が原因で発生し、デバイスの温度を上昇させます。この温度上昇は、デバイスの性能を低下させたり、デバイスの故障の原因になることさえあります。潜在的な懸念事項の一つは、電子部品とフォトニック部品を同一チップ上に集積することです。電子部品から発生する熱はフォトニック部品の性能に影響を与える可能性があり、その逆もあります。高出力レーザー光源は大量の熱を発生させ、デバイスに熱損傷を与える可能性があります。
シリコンフォトニクスは、非常に高い電力を消費するテレコミュニケーションやデータ通信サーバーに広く利用されており、サーバーに熱ストレスをもたらします。例えば、高温は光光の屈折率を変化させる可能性があり、その結果、光データが失われます。このように、この抑制の影響は現在のところ中程度ですが、より新しい最先端のパッケージング技術の導入により、すぐに低くなるでしょう。液晶クラッドは、負の熱光学係数と赤外波長での低吸収により、熱影響を低減することができます。
シリコンフォトニクスのエコシステムは、フォトニック集積回路(PIC)設計者、シリコンオンインシュレータ(SOI)基板プロバイダー、エピウエハーサプライヤー、ファウンドリーとファブ、トランシーバーインテグレーター、装置プロバイダー、エンドユーザーによって特徴付けられます。PIC 設計者は SOI 基板とエピウエハー技術を活用し、光と電子機能をシングルチップに統合します。GlobalFoundries や TSMC などのファウンドリやファブは、高度な PICS を製造するために確立された半導体製造プロセスを利用することで、重要な役割を果たします。トランシーバ・インテグレータは、変調器、検出器、導波路などの不可欠な光コンポーネントを単一のシリコン基板上に組み込みます。エンドユーザーは、電気通信、データセンター、HPC医療・生命科学分野です。
通信業界では、高データレート、高帯域幅、長距離伝送の要件を達成するために、シリコンフォトニクス技術を搭載したさまざまな機器に取り組んでいます。光トランシーバはすべての通信エンドユーザーの要件に対応するのに適しているため、帯域幅を重視する製品ではトランシーバのニーズが最も高くなっています。コヒレント社（米国）の子会社である Finisar Corporation（米国）は、ホストボードのコヒーレントデジタルシグナルプロセッサ（DSP）と組み合わせて高密度ラインカードのエンドユーザーをサポートすることを目的とした FTLC3322x3NL CFP2 アナログコヒーレントオプティクス（ACO）トランシーバーモジュールを提供しています。このモジュールは、メトロネットワークのエンドユーザー向けに設計されており、2,000kmの動作が可能です。日本電気株式会社（日本）は、デジタルコヒーレント技術を使用し、単一キャリアで超長距離伝送と大容量を実現する100-200Gbit/s光トランシーバモジュールを提供しています。電気通信業界は、ジェネレーティブ Al の統合により、大きな成長を遂げようとしています。ジェネレイティブAlは、プロアクティブな問題検出を可能にし、顧客体験を向上させ、パーソナライズされた推奨を提供し、運用効率を向上させながら予知保全によってコストを削減します。シリコンフォトニクスは、電気通信分野で長距離通信やメトロ通信に使用されています。
光インターコネクトは、シリコンベースの導波路を通して伝送される光（光子）を使用して、チップ間、サーバー間、データセンター間など、電子システムの異なる部分間でデータを転送する技術です。銅線を使って電気信号を伝送する従来の電気インターコネクトとは対照的に、光インターコネクトは光を使用するため、長距離でも信号の損失を最小限に抑えながら、より高速でエネルギー効率の高いデータ伝送が可能です。シリコンフォトニクス技術を用いて開発された光インターコネクトは、高速データ転送を可能にするソリューションとして広く認知されています。情報を検出、処理、伝送する媒体として光子を使用することで、システムレベルの消費電力を抑えながら、より高いデータ転送レートと相互接続密度を得ることができます。シリコンフォトニクスレーザーの高いデータ転送速度と相互接続密度は、相互接続市場の成長を促進します。シリコンフォトニクス産業が成長し、投資、研究、開発が増加するにつれ、シリコンフォトニクスで使用されるコンポーネントは電気的なものから光学的なものへと移行します。これにより、通信機能が向上し、シリコンフォトニクスデバイスの開発コストが削減されます。これらすべての要因が市場を牽引するでしょう。
アジア太平洋地域のシリコンフォトニクス市場は、予測期間中に最も高い成長率が見込まれています。アジア太平洋地域の市場は、中国、日本、韓国、その他のアジア太平洋地域に区分されています。その他のアジア太平洋地域には、主にインド、オーストラリア、ニュージーランド、シンガポール、マレーシア、フィリピン、台湾が含まれます。中国、日本、韓国は、市場への主要な貢献国です。人口の増加、シリコンフォトニック製品開発への投資の増加、最新のシリコンフォトニック製品開発に対する国内外のプレイヤーの関心の高まり、同地域におけるデータ伝送速度向上のための研究開発活動の活発化などが市場成長の原動力となっています。データ通信分野の大小企業における高速データ伝送サービスの需要は、アジア太平洋地域におけるシリコンフォトニクス技術の導入を後押しします。先端技術への高い需要、ITインフラの急速な成長、高速ブロードバンドインターネットサービスへの要求の高まりは、アジア太平洋地域のデータセンター市場の成長に貢献し、シリコンフォトニクス市場を牽引します。5Gの発展は、アジア太平洋地域のシリコンフォトニクス企業に新たな市場機会をもたらすでしょう。既存の4Gネットワークはインターネット・プロトコルのブロードバンド接続を使ってデータを伝送しますが、これは非効率です。機械学習と人工知能により、5Gネットワークが機能するために必要な予測的かつプロアクティブなネットワークが可能になります。5G技術に機械学習が組み込まれることで、インテリジェントな基地局は自ら意思決定を行うことができるようになり、モバイル機器は学習したデータに基づいて動的に適応可能なクラスタを作成できるようになります。これにより、ネットワーク・アプリケーションの効率、遅延、信頼性が向上し、アジア太平洋地域で膨大なデータ・トラフィックが発生することになります。
2024年3月、MACOM（米国）は、1.6TBのリニア・プラガブル光（LPO）モジュールの開発を可能にする、1レーンあたり200GbpsのMACOM PURE DRIVE Liner Driveを発表。
2024年2月、シスコシステムズ（米国）はマイクロソフト・コーポレーションと協力し、大西洋横断ケーブルAmitiéでの最先端800Gbps伝送試験に成功。このトライアルは、デジタル・シグナル・プロセッサーと先進のシリコンフォトニクスを搭載したアカシアのコヒーレント相互接続モジュール8で実施されました。
2023年10月、Lumentum Operations LLCは、データセンター間のシームレスな接続を促進するLumentum 800G ZR+およびOdBm 400G ZR+トランシーバーを発表しました。これらのデバイスは、単一波長で最大800Gbpsのデータレートを誇ります。QSFP-DDとOSFPフォームファクタで利用可能なこれらのトランシーバは、高出力と拡張リーチ機能を提供し、AlおよびMLアプリケーションの増大する需要に明確に対応します。
2023年3月、MACOM（米国）は、地上、航空、宇宙ベースのアプリケーション向けの非線形マイクロ波プリディストーションと産業および防衛市場向けの高性能マイクロ波フォトニックソリューションに特化した業界をリードする製品を開発するLinearizer Communications Group（米国）の買収を発表。
2022年6月、ADVA（ドイツ）とII-VI Incorporated（米国）は、業界初の100ZRプラガブル・コヒーレント・トランシーバを発表しました。コヒレント100ZRは、光ネットワークエッジ向けに共同開発されたもので、商用および産業用温度(C-tempおよびI-temp)動作範囲に対応。
主要企業・市場シェア
シリコンフォトニクス市場トップ企業-主要市場プレイヤー
Cisco Systems, Inc. (US)
Intel Corporation (US)
MACOM (US)
GlobalFoundries Inc. (US)
Lumentum Operations LLC (US)
Marvell (US)
Coherent Corporation (US)
IBM (US)
STMicroelectronics NV (Switzerland)
Rockley Photonics Holdings Limited (US)
Mellanox Technologies Ltd. (US)
Sicoya GmbH (Germany)
RANOVUS (Canada)
Broadcom Inc. (US)
Hamamatsu Photonics KK (Japan)
Molex LLC (US)
Fujitsu Limited (Japan)
Chiral Photonics, Inc. (US)
EFFECT Photonics (Netherlands)
AIO Core Co., Ltd. (Japan)
NKT Photonics (Denmark)
IPG Photonics Corporation (US)
DAS Photonics (Spain)
TDK Corporation (Japan)
SCINTIL Photonics (France)
Teem Photonics (France)
Lightwave Logic, Inc. (US)
Source Photonics (US)
Accelink Technologies Co., LTD (China)
Infinera (US)
【目次】
5.1 はじめに
5. 2 市場ダイナミクス DRIVERS- CMOS集積シリコンフォトニクスに対する需要の急増- エネルギー効率と電力コストの低減への注目の高まり- 高帯域幅と高速データ転送に対する需要の高まり- ブロードバンドサービスの拡大 RESTRAINTS- シリコンチップ上にレーザー光源を集積することの複雑さ OPPORTUNITIES- シリコンフォトニクスをベースとした先進製品の開発に対する政府の資金援助- 5Gネットワークの拡大- シリコンフォトニクスの用途の拡大- シリコンフォトニクスの短波長での使用の増加 シリコンフォトニクスに基づく先進的な製品を開発するための政府からの資金援助- 5Gネットワークの拡大- シリコンフォトニクスの用途の拡大- 近距離通信におけるシリコンフォトニクスの利用の拡大 課題- 結晶シリコンのバルクの非効率的なエレクトロルミネッセンス- デバイスの小型化と複雑化における熱的課題
5.3 技術分析 主要技術 – シリコンフォトニクス技術 補完的技術 – Al-および LoT 統合 5G ネットワーク 隣接技術 – レーザー技術
5.4 顧客ビジネスに影響を与えるトレンド/混乱
5.5 価格分析 トランシーバー製品の平均販売価格動向（データレート別）（2018～2023年 トランシーバーの平均販売価格動向（地域別）（2018～2023年
5.6 バリューチェーン分析
5.7 エコシステム分析
5.8 投資と資金調達のシナリオ
5.9 特許分析
5.10 貿易分析 輸入シナリオ（HSコード851769） 輸出シナリオ（HSコード851769）
5.11 TARIFF AND REGULATORY LANDSCAPE TARIFF ANALYSIS REGULATORY BODIES, GOVERNMENT AGENCIES, AND OTHER ORGANIZATIONS STANDARDS- International Organization for Standardization Standards- European Union Directives- Federal Communication Commission (FCC)- National Institutes of Standard Technology Guidelines（国立標準技術研究所ガイドライン）。
5.12 主要な会議とイベント（2024～2025 年
5.13 ケーススタディ分析 コヒーレントプラガブルトランシーバがスウェーデンのTelia Carrierの高速伝送を支援 モレックスのデータケーブルソリューションがカリンガグループのデータ伝送問題を改善 qsfptekの100g qsfp28トランシーバが重要なビジネスの強化を支援
5.14 ポーターのファイブ・フォース分析 競争相手のライバルの激しさ サプライヤーの交渉力 買い手の交渉力 代替品の脅威 新規参入の脅威
5.15 主要ステークホルダーと購買基準 購買プロセスにおける主要ステークホルダー 購買基準
5.16 AIがシリコンフォトニクス市場に与える影響
シリコンフォトニック導波路
6.1 導入
6.2 400-1,500 nm
6.3 1,310-1,550 nm
6.4 900～7,000 nm
シリコンフォトニクス市場、コンポーネント別
7.1 はじめに
7.2 高速データ伝送を実現するフォトニックデバイスで需要が急増するレーザー
7.3 高速ネットワークへの要求が高まる変調器
7.4 波長域での強い吸収が市場成長を支える光検出器
7.5 光導波路 主要企業による戦略的開発の増加が市場成長を促進
7.6 光インターコネクト 高効率のデータ転送レートと高密度相互接続が市場成長を促進
7.7 その他のコンポーネント
シリコンフォトニクス市場、製品別
8.1 導入
8.2 トランシーバーのデータ転送速度 – 10Gbps未満 – 100Gbpsまで – 100Gbps以上
8.3 可変光減衰器 ブロードバンドインターネットの普及と 5G の展開が市場成長を促進
8.4 スイッチ 大容量データを最短時間で確実に伝送する光スイッチの使用が急増し、市場を促進
8.5 ケーブル 高帯域幅容量への需要の高まりが市場成長を促進
8.6 ポータブル機器やウェアラブル機器の需要が高まるセンサーが市場成長を促進
シリコンフォトニクス市場、エンドユーザー別
9.1 導入
9.2 AIやその他の最新技術の急速な普及が需要を押し上げるデータセンターとHPC
9.3 帯域幅集約型の製品やサービスに対応する必要性の高まりが通信事業の成長を促進
9.4 共同パッケージ光インターコネクトで防衛能力を高める軍事、防衛、航空宇宙が市 場成長を後押し
9.5 ラボオンチップソリューションへのシリコンフォトニクスの導入が進む医療・ライフサイエンス分野 が需要を刺激
9.6 その他のエンドユーザー市場（地域別）
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レポートコード：SE 3137