Informe de análisis del tamaño, la cuota de mercado y las tendencias del mercado de circuitos integrados fotónicos por tipo de componente (láser (láser óptico), moduladores, detectores, transceptores, multiplexores/demultiplexores, amplificadores ópticos), por tipo de materia prima (material III-V, niobato de litio, sílice sobre silicio, otras materias primas), por proceso de integración (híbrido, monolítico), por aplicación (telecomunicaciones, biomédica, centros de datos, otras aplicaciones) y por región (América del Norte, Europa, Asia-Pacífico, Oriente Medio y África, Latinoamérica). Previsiones para el periodo 2025-2033.

Factores de crecimiento del mercado de circuitos integrados fotónicos

Inversiones e investigación para miniaturizar las imágenes

Existe una necesidad significativa de circuitos integrados fotónicos compactos, a precios razonables y confiables, según las empresas de automoción, aeroespaciales y de telecomunicaciones que trabajan juntas para producir espectrómetros para laIndustria LiDARPor lo tanto, existe una fuerte demanda comercial de miniaturización. El dispositivo asociado estaba compuesto por una capa de dióxido de silicio y un recubrimiento delgado de niobato de litio (LN), lo que dio como resultado un modulador que podía operar a alta velocidad, a la vez que era compacto y energéticamente eficiente. El volumen modal electroóptico del modulador era de 0,58 m³, con un ancho de banda de modulación de 17,5 GHz y una eficiencia de sintonización de 1,98 GHz/V. Se busca una mejora significativa en el ancho de banda de procesamiento, la latencia y la eficiencia energética, ya que los procesadores de señales ópticas integrados, junto con los procesadores de señales eléctricas tradicionales, allanan el camino para plataformas de hardware de procesamiento de señales avanzadas.

De igual modo, según los Laboratorios de Investigación de Mitsubishi Electric, la plataforma de fotónica de silicio ha estado explorando nuevos componentes para ampliar las capacidades de los procesadores y ofrecer funciones valiosas acordes con la creciente miniaturización de los dispositivos. Además, se busca posibilitar la integración ultradensa de circuitos complejos en los chips procesadores.

Restricción del mercado

Continúa la demanda de circuitos integrados tradicionales.

Aunque los circuitos integrados fotónicos híbridos son increíblemente eficientes y ofrecen varias ventajas sobre sus predecesores/circuitos integrados tradicionales, su penetración en el mercado es relativamente limitada. Muchas fundiciones producen cantidades significativas de circuitos integrados fotónicos híbridos en el entorno actual del mercado. Se siguen realizando investigaciones sobre los materiales necesarios para producir circuitos integrados fotónicos híbridos en grandes cantidades y a bajo coste. La penetración de los circuitos integrados convencionales en aplicaciones de gran volumen está impulsando el crecimiento continuo en ausencia de hardware para IoT, gracias a las mejoras en este campo. Otro factor que dificulta el uso de circuitos integrados fotónicos en aplicaciones de gran volumen es la creciente necesidad de circuitos integrados generales para sistemas inteligentes.

Oportunidad de mercado

Aplicaciones en auge en telecomunicaciones y centros de datos

Los centros de datos y la industria de las telecomunicaciones se benefician significativamente del uso de PIC híbridos. La principal razón del creciente despliegue de PIC híbridos en los mercados de telecomunicaciones y centros de datos es el requisito de alta velocidad de transferencia de datos, que los circuitos integrados convencionales no pueden soportar. El avance de 5G y las redes de alta velocidad se han señalado como factores que han contribuido a una mayor aceleración. La creación y el uso generalizado de transceptores y componentes pasivos han convertido a los PIC en una tecnología bien conocida en la industria de las telecomunicaciones. La llegada de 5G ha hecho que la tecnología inalámbrica y de radio sea más prominente. Sin embargo, la fotónica yfibra ópticaHan desempeñado un papel crucial en la transmisión de señales hacia y desde la nueva generación de estaciones base. Los altos niveles de innovación también están ayudando a otros fabricantes a crear hardware PIC híbrido de bajo costo para satisfacer sus necesidades. Además, el volumen de tráfico que deben gestionar los centros de datos está aumentando rápidamente debido al auge de las aplicaciones en la nube (DC).

Análisis regional

La región de Asia-Pacífico es la que más contribuye a los ingresos y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 25,2 % durante el período previsto. El auge de los sectores de electrónica y telecomunicaciones, junto con la rápida reubicación de numerosas bases de producción de semiconductores en países del sudeste asiático, han convertido a Asia-Pacífico, incluida China, en un mercado importante. Las tecnologías de circuitos integrados fotónicos (PIC) de China han avanzado rápidamente en los últimos diez años. En el país, se han lanzado más de nueve proyectos importantes de PIC. Se han creado diversas tecnologías y plataformas de materiales para numerosas aplicaciones centradas en la comunicación de banda ancha, incluidas redes ópticas e inalámbricas, interconexiones ópticas y comunicación óptica coherente.

Tendencias del mercado europeo

Se prevé que Europa crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 22,6 % durante el período de pronóstico. Durante varios años, la Comisión Europea, el órgano ejecutivo de la UE, ha invertido en tecnología de circuitos integrados fotónicos (CI). Esto implica inversiones de vanguardia en investigación fundamental, desarrollo de dispositivos y software de prueba de concepto y, más recientemente, fabricación en línea piloto. Como resultado, actualmente existe un próspero ecosistema de CI en las regiones, con el potencial de liberar el poder de las tecnologías de CI y beneficiar a sus residentes en una amplia gama de ámbitos económicos y sociales.

Además, se han puesto en marcha varias iniciativas para impulsar el desarrollo de circuitos integrados fotónicos (PIC) en Europa. Por ejemplo, InPulse es una iniciativa piloto que ofrece a las empresas con ideas innovadoras, pero sin instalaciones de fabricación de PIC, acceso a la tecnología de producción más reciente para PIC basados ​​en fosfuro de indio. Empresas industriales y de I+D de los sectores de telecomunicaciones y microelectrónica de Europa están desarrollando una hoja de ruta estratégica de alto nivel con tecnologías fundamentales para futuros sistemas y componentes de conectividad, orientada a la próxima generación de redes y servicios de telecomunicaciones.

Tendencias del mercado norteamericano

En Norteamérica, los centros de datos y las aplicaciones de redes de área amplia (WAN) de comunicación por fibra óptica están impulsando el mercado de dispositivos basados ​​en circuitos integrados fotónicos (PIC). La rápida adopción del IoT y la creciente demanda de transmisión de datos de alta velocidad han aumentado el tráfico de datos en la computación en la nube. La región ahora tiene una industria de circuitos integrados fotónicos potencialmente floreciente. Para finales de 2021, se prevé que Norteamérica produzca la mayor adopción del mercado de la nube. El ejército estadounidense tiene como objetivo construir circuitos integrados fotónicos para dispositivos de posicionamiento, navegación y sincronización (PNT) de alto rendimiento. Esto podría reemplazar al GPS en situaciones sin señales GPS, lo cual es ventajoso. El ejército estadounidense tiene como objetivo construir circuitos integrados fotónicos para dispositivos de posicionamiento, navegación y sincronización (PNT) de alto rendimiento. Esto podría reemplazar al GPS en situaciones sin señales GPS, lo cual es ventajoso.

Tendencias del mercado en Oriente Medio

En Oriente Medio, las tecnologías electrónicas y fotónicas han cobrado mayor relevancia en los últimos años debido al creciente énfasis en el desarrollo de la base tecnológica. Por ejemplo, el Plan Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación ha reconocido las innovaciones en Arabia Saudita. La Ciudad Rey Abdulaziz para la Ciencia y la Tecnología (KACST) es una agencia nacional de investigación y desarrollo privada, sin fines de lucro e independiente, que apoya la sociedad y la economía del conocimiento de Arabia Saudita. Para aprovechar la creciente demanda de servicios por parte de las empresas de la región, IBM anunció la apertura de dos centros de datos en los Emiratos Árabes Unidos. Esta es la primera incursión de la compañía en el sector del almacenamiento en la nube en Oriente Medio y África.

Información sobre el tipo de componente

El mercado global se divide en láseres (láseres ópticos), moduladores, detectores, transceptores, multiplexores/demultiplexores y amplificadores ópticos.

El segmento de láseres (láseres ópticos) es el que más contribuye al mercado y se estima que crecerá a una CAGR del 22,3% durante el período de pronóstico. Un láser sirve como fuente y es crucial para el funcionamiento efectivo de los circuitos integrados fotónicos. Los láseres pueden estar integrados en circuitos integrados fotónicos (CI) o usarse externamente. El semiconductor más popular para circuitos integrados fotónicos híbridos son los láseres de retroalimentación distribuida (DFB). Los láseres semiconductores DFB pueden fabricarse utilizando una estructura de rejilla integrada que se asemeja a una guía de onda corrugada. El DFB es un láser de fibra o semiconductor con un solo modo de resonador (operación de frecuencia única). En el método del láser de fibra, la reflexión dispersa ocurre en una rejilla de Bragg de fibra, típicamente con una longitud de unos pocos centímetros o milímetros. Además de una amplia gama de aplicaciones novedosas, como la detección por fibra óptica, la detección 3D, la detección de gases y el diagnóstico de enfermedades como la monitorización respiratoria y vascular, un DFB se utiliza principalmente como señal óptica para la comunicación óptica de larga distancia y alta capacidad.

Un dispositivo semiconductor llamado modulador de electroabsorción (EAM) se utiliza para alterar la intensidad de un haz láser mediante un voltaje eléctrico (modulador óptico). Su funcionamiento se basa en la modificación del espectro de absorción inducido por un campo eléctrico aplicado, lo que altera la energía de la banda prohibida, pero excluye en gran medida la excitación de portadores. En comparación con los moduladores electroópticos, los EAM pueden operar a velocidades considerablemente mayores y voltajes menores. Dado que estos dispositivos pueden alcanzar anchos de banda de modulación de decenas de GHz, resultan útiles para circuitos integrados fotónicos híbridos. Los EAM se utilizan en enlaces de modulación externos en telecomunicaciones y en enlaces internos en circuitos integrados fotónicos y eléctricos. Los EAM pueden operar a voltajes diez veces menores, generan diez veces menos calor y permiten una transmisión de señal más rápida que los métodos de modulación actuales.

Información sobre el tipo de materia prima

El mercado global se divide en materiales III-V, niobato de litio, sílice sobre silicio y otras materias primas.

El segmento de materiales III-V posee la mayor cuota de mercado y se estima que crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,8% durante el período de pronóstico. Materiales como GaAs, InP, GaN, InAs e InSb son los materiales III-V más comunes. El fosfuro de indio y el arseniuro de galio son dos ejemplos de semiconductores III-V utilizados como fuentes de luz. Estos materiales se implementan a menudo como componentes discretos encapsulados. Estas fuentes de luz externas suelen experimentar una pérdida de acoplamiento más significativa, un factor de forma físico grande y costos de encapsulado elevados. El compuesto semiconductor III-V arseniuro de galio (GaAs) se utiliza en varios circuitos integrados y transistores de efecto de campo (FET) (CI). Los componentes optoelectrónicos basados ​​en GaAs son útiles para aplicaciones de conmutación electrónica rápida que operan a frecuencias superiores a 200 GHz debido a su alta movilidad de electrones.

Uno de los elementos esenciales para las futuras redes de comunicación totalmente ópticas es la sílice sobre silicio (SoS). La integración monolítica de componentes dieléctricos pasivos con circuitos electrónicos activos semiconductores y dispositivos fotónicos está desafiando la tendencia hacia los circuitos de ondas luminosas planares (PLC) basados ​​en plataformas de silicio. Debido a sus ventajas, como el bajo peso y la ubicación limitada, las aplicaciones de conexión son las más ventajosas para el rendimiento de la tecnología SoS. Sin embargo, las características de las capas que componen la estructura de los dispositivos de guía de onda planares SoS influyen significativamente en su rendimiento. En sistemas de comunicación óptica WDM (multiplexación por división de longitud de onda), como dispositivos selectivos de longitud de onda, y en detección óptica, incluyendo biosensores y microtécnicas bioanalíticas, los dispositivos basados ​​en tecnología de guía de onda SoS con rejillas de Bragg impresas encuentran cada vez más aplicaciones.

Información sobre el proceso de integración

El mercado global se divide en híbrido y monolítico.

El segmento monolítico es el que más contribuye al mercado y se estima que crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,8 % durante el período de pronóstico. En la integración monolítica, se fabrican diferentes materiales sobre el mismo sustrato de oblea. En comparación con los sistemas híbridos, la integración monolítica presenta algunas desventajas en términos de rendimiento. No permite la optimización ni las pruebas individuales de todos los componentes antes del ensamblaje. Por lo tanto, la integración híbrida puede proporcionar un rendimiento superior y mayor libertad de diseño. Se ha utilizado un circuito integrado fotónico monolítico en diversos dispositivos ópticos activos y pasivos con un solo material para evitar los problemas derivados de la adopción de múltiples materiales. Estos circuitos integrados fotónicos de un solo chip presentan varias ventajas sobre los circuitos integrados fotónicos híbridos en cuanto a eficiencia energética y fiabilidad.

Un circuito integrado fotónico se construye utilizando dos o más materiales mediante la técnica de integración híbrida. Esta tecnología híbrida ofrece la ventaja principal de permitir la selección de los materiales óptimos para cada función óptica específica. Sin embargo, la combinación de varios materiales es necesaria debido a que cada uno posee un diseño único. Los recientes avances en la tecnología de circuitos cuánticos fotónicos basados ​​en chips han impactado drásticamente el procesamiento de información cuántica. Las plataformas fotónicas monolíticas han demostrado tener dificultades para satisfacer los exigentes requisitos de la mayoría de las aplicaciones cuánticas. Estas limitaciones de los circuitos fotónicos monolíticos pueden resolverse mediante plataformas híbridas, que combinan diversas tecnologías fotónicas en una sola unidad funcional. Gracias a su alta eficiencia y menores costos de fabricación, los circuitos integrados fotónicos híbridos tienen múltiples aplicaciones, incluyendo comunicaciones inalámbricas, computación de alto rendimiento, servidores, centros de datos, dispositivos médicos y productos militares y aeroespaciales.

Información sobre la aplicación

El mercado global se divide en telecomunicaciones, biomedicina, centros de datos y otras aplicaciones.

El segmento de centros de datos posee la mayor cuota de mercado y se estima que crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,9 % durante el período de pronóstico. Los racks de servidores están conectados mediante enlaces ópticos en los centros de datos a través de una compleja red de cables de fibra óptica. Actualmente, el tráfico de datos dentro del centro de datos se gestiona mediante canales de 4x25 Gb/s o líneas ópticas de 100 Gb/s. La fibra monomodo es la tecnología óptica preferida para cubrir largas distancias en estas redes, que transfieren datos a través de longitudes de fibra que van desde unos pocos metros hasta 2 kilómetros. Para satisfacer la creciente demanda de datos, es probable que los operadores de centros de datos actualicen sus redes a enlaces ópticos de 400 Gb/s durante los próximos años (mediante la agregación de 4x100 Gb/s por enlace). La demanda de comunicaciones ópticas económicas y de bajo consumo energético aumentará exponencialmente dentro de los centros de datos, impulsando el mercado de circuitos integrados fotónicos (CI).

Los servicios emergentes, como los servicios de vídeo de ultra ancho de banda, los servicios de interconexión de centros de datos en la nube y los servicios de redes móviles 5G, impulsan el desarrollo de la tecnología de redes de transporte óptico. Estos servicios impulsarán el desarrollo futuro de la industria de las comunicaciones ópticas y la transformación de su arquitectura. El acceso móvil, que viene con los clientes de vídeo en todos los smartphones y tabletas y facilita la visualización de vídeos a través de conexiones de red, acelera aún más la expansión. A medida que el cableado de cobre alcanza sus límites en capacidad de transmisión de datos, los operadores de red recurren cada vez más a fuentes de luz láser en lugar de conductores eléctricos para transmitir datos. Para satisfacer la demanda de los consumidores que consumen grandes cantidades de datos, se están desarrollando transceptores que permiten una mejor transmisión y comunicación de datos.