フォトニック集積回路市場の規模、シェア、トレンド分析レポート。コンポーネントの種類別（レーザー（光レーザー）、変調器、検出器、トランシーバー、マルチプレクサ/デマルチプレクサ、光増幅器）、原材料の種類別（III-V材料、ニオブ酸リチウム、シリカオンシリコン、その他の原材料）、統合プロセス別（ハイブリッド、モノリシック）、アプリケーション別（通信、バイオメディカル、データセンター、その他のアプリケーション）、地域別（北米、ヨーロッパ、APAC、中東およびアフリカ、ラテンアメリカ）の予測、2023年

市場概況

2022年の世界の光集積回路市場規模は103億1,405万米ドルと評価されました。予測期間（2023～2031年）中に22.4%のCAGRで成長し、 2031年までに636億349万米ドルに達すると予測されています。

IC は、データ転送に電子を使用する電子 IC とは異なり、データ伝送に光子を使用します。光線は、銅ベースの通信よりも多くのデータを転送し、より高速なデータ転送速度を可能にするため、電気半導体アプローチよりも優れています。光学機器が使用されるため、システムは個別です。さらに、これらのチップは基本的な電子回路と組み合わせることができるため、用途が広がります。光集積回路市場を推進する主な要因の 1 つは、これらの回路によって可能になる高速データ転送であり、航空宇宙、産業、通信、公共事業、エネルギーの各分野にわたるさまざまなアプリケーションに適しています。

市場動向

世界のフォトニック集積回路市場の推進要因

PICの小型化に向けた投資と研究

LiDAR 業界向けの分光計の製造に協力している自動車、航空宇宙、通信業界によると、コンパクトで手頃な価格で信頼性の高いフォトニクス集積回路に対する大きなニーズがある。そのため、小型化に対する商業的な需要が強い。関連デバイスは二酸化シリコン層と薄いニオブ酸リチウム (LN) コーティングで作られており、高速で動作しながらコンパクトでエネルギー効率に優れた変調器を実現した。変調器の電気光学モード容積は 0.58 m3 で、17.5 GHz の変調帯域幅と 1.98 GHz/V のチューニング効率を特徴としている。従来の電気信号プロセッサと連携した統合光信号プロセッサとして、処理帯域幅、レイテンシ、電力効率の大幅な改善が求められており、高度な信号処理ハードウェア プラットフォームへの道が開かれる。

同様に、三菱電機研究所によれば、シリコンフォトニクスプラットフォームは、デバイスの小型化の進展に合わせてプロセッサの機能を拡張し、価値ある機能を提供するための新しい構成要素を検討してきた。さらに、複雑な回路をプロセッサチップに超高密度に統合できるようにすることが求められている。

世界のフォトニック集積回路市場の抑制

従来型ICSの継続的な需要

ハイブリッド フォトニック集積回路は、非常に効率的で、従来の IC に比べていくつかの利点があるにもかかわらず、市場への浸透度は比較的限られています。現在の市場環境では、多くのファウンドリが大量のハイブリッド フォトニック集積回路を製造しています。ハイブリッド PIC を低コストで大量に製造するために必要な材料については、現在も研究が続けられています。従来の IC が量産アプリケーションに浸透したことで、その分野の改善により、IoT ハードウェアがなくても継続的な成長が促進されています。量産アプリケーションでの PIC の使用を妨げるもう 1 つの要因は、スマート システムやインテリジェント システム向けの汎用 IC のニーズが高まっていることです。

世界のフォトニック集積回路市場の機会

通信およびデータセンターにおけるアプリケーションの増加

データセンターと通信業界は、ハイブリッド PIC の使用から大きなメリットを得ています。通信およびデータセンター市場でハイブリッド PIC の導入が増えている主な理由は、従来の IC では対応できない高いデータ転送速度の要件です。5G と高速ネットワークの進歩が、さらなる加速の原因と言われています。トランシーバーと受動部品の作成と広範な使用により、PIC は通信業界でよく知られた技術になりました。5G の出現により、ワイヤレスおよび無線技術がより目立つようになりました。しかし、フォトニクスと光ファイバーは、新しい基地局世代との間の信号伝送で重要な役割を果たしてきました。高度なイノベーションにより、他のメーカーも低コストのハイブリッド PIC ハードウェアを作成してニーズを満たしています。さらに、クラウド アプリケーション (DC) の増加により、データセンターが管理しなければならないトラフィックの量が急速に増加しています。

分析

世界のフォトニック集積回路市場は、コンポーネントの種類、原材料の種類、統合プロセス、およびアプリケーションによって分類されています。

コンポーネントの種類に基づいて、世界市場はレーザー（光レーザー）、変調器、検出器、トランシーバー、マルチプレクサ/デマルチプレクサ、および光増幅器に分かれています。

レーザー（光レーザー）セグメントは、市場への最大の貢献者であり、予測期間中に22.3％のCAGRで成長すると予測されています。レーザーは光源として機能し、光集積回路の効果的な動作に不可欠です。レーザーは、光集積回路（IC）に組み込むことも、外部で使用することもできます。ハイブリッド光集積回路用の最も一般的な半導体は、分布帰還型レーザー（DFB）です。DFB半導体レーザーは、波形導波管に似た統合グレーティング構造を使用して作成できます。DFBは、単一共振器モード（単一周波数動作）のファイバーまたは半導体レーザーです。ファイバーレーザー方式では、分散反射は、通常、数センチメートルまたは数ミリメートルの長さのファイバーブラッググレーティングで発生します。ファイバーセンシング、3Dセンシング、ガスセンシング、呼吸器や血管のモニタリングなどの病気の診断など、幅広い新しいアプリケーションに加えて、DFBは主に大容量の長距離光通信用の光信号として利用されています。

電気吸収変調器と呼ばれる半導体デバイスは、電圧 (光変調器) を使用してレーザー ビームの強度を変更するために使用されます。これは、印加電界によってもたらされる吸収スペクトルを変更することによって機能します。これにより、バンド ギャップ エネルギーが変更されますが、キャリアの励起はほとんど排除されます。電気光学変調器と比較すると、EAM は大幅に高速かつ低電圧で動作できます。これらのデバイスは数十 GHz の変調帯域幅を実現できるため、ハイブリッド フォトニック IC に便利です。EAM は、通信の外部変調リンクや、統合されたフォトニックおよび電気デバイス回路の内部リンクで使用されます。EAM は、現在の変調方法よりも 10 倍低い電圧で動作し、10 倍少ない熱を発生し、より高速な信号伝送を可能にします。

原材料の種類に基づいて、世界市場はIII-V材料、ニオブ酸リチウム、シリコン上シリカ、およびその他の原材料に分かれています。

III-V 材料セグメントは最大の市場を占めており、予測期間中に 21.8% の CAGR で成長すると予測されています。GaAs、InP、GaN、InAs、InSb などの材料は、最も一般的な III-V 材料です。インジウムリンとガリウムヒ素は、光源として使用される III-V 半導体の 2 つの例です。これらの材料は、ディスクリート パッケージ コンポーネントとして実装されることがよくあります。これらの外部光源は通常、より大きな結合損失、大きな物理的フォーム ファクタ、および高価なパッケージ コストを経験します。III-V 半導体複合材料であるガリウムヒ素 (GaAs) は、いくつかの集積回路と電界効果トランジスタ (FET) (IC) で使用されています。GaAs ベースのオプトエレクトロニクス コンポーネントは、電子移動度が高いため、200GHz を超える周波数で動作する高速電子スイッチング アプリケーションに役立ちます。

今後の全光通信ネットワークに不可欠な要素の 1 つが、シリカ オン シリコン (SoS) です。受動誘電体コンポーネントと半導体能動電子回路およびフォトニック デバイスをモノリシックに統合することは、シリコン プラットフォームに基づく平面光波回路 (PLC) へのトレンドに挑戦するものです。軽量、場所が限られているなどの利点があるため、接続アプリケーションは SOS パフォーマンスにとって最も有利です。ただし、SoS 平面導波路デバイスの構造を構成する層の特性は、そのパフォーマンスに大きく影響します。WDM (波長分割多重) 光通信システムでは、波長選択デバイスとして、またバイオセンサーやバイオ分析マイクロ技術などの光センシングでは、インプリント ブラッグ グレーティングを備えた SoS 導波路技術に基づくデバイスの用途が拡大しています。

統合プロセスに基づいて、世界市場はハイブリッドとモノリシックに分かれています。

モノリシックセグメントは、市場への最大の貢献者であり、予測期間中に21.8％のCAGRで成長すると予測されています。モノリシック統合では、同じウェーハ基板上に異なる材料が製造されます。ハイブリッドシステムと比較すると、モノリシック統合にはパフォーマンスの面でいくつかの欠点があります。モノリシック統合では、組み立て前にすべてのコンポーネントを個別に最適化およびテストすることはできません。したがって、ハイブリッド統合は優れたパフォーマンスと設計の自由度を提供できます。モノリシック統合フォトニック集積回路は、複数の材料の採用に伴う問題を回避するために、単一の材料を使用したさまざまなアクティブおよびパッシブ光デバイスで使用されています。これらのシングルチップフォトニック集積回路は、エネルギー効率と信頼性に関してハイブリッドフォトニック集積回路よりもいくつかの利点があります。

フォトニック集積回路は、ハイブリッド集積技術を利用して 2 つ以上の材料を使用して構築されます。このハイブリッド技術の主な利点は、特定の光学機能ごとに最適な材料を選択できることです。ただし、それぞれが独自の設計であるため、複数の材料を混合する必要があります。最近のチップベースのフォトニック量子回路技術の進歩は、量子情報処理に劇的な影響を及ぼしています。モノリシック フォトニック プラットフォームでは、ほとんどの量子アプリケーションの厳しい要件を満たすことが困難であることが判明しています。モノリシック フォトニック回路のこれらの制約は、複数のフォトニック技術を 1 つの機能ユニットに組み合わせるハイブリッド プラットフォームによって解決できます。ハイブリッド フォトニック集積回路は、効率が高く製造コストが低いため、無線通信、ハイエンド コンピューティング、サーバー、データ センター、医療機器、軍事および航空宇宙製品など、さまざまな用途に使用されています。

アプリケーションに基づいて、世界の市場は、通信、バイオメディカル、データセンター、およびその他のアプリケーションに分かれています。

データセンターセグメントは最大の市場規模を誇り、予測期間中に年平均成長率21.9%で成長すると予測されています。データセンター内のサーバーラックは、光ファイバーケーブルの複雑な網目を介して光リンクで接続されています。現在、データセンター内のデータトラフィックは、4x25 Gb/sのシングルチャネルまたはレーン100 Gb/sの光回線でサポートされています。シングルモードファイバーは、数メートルから2キロメートルに及ぶファイバー長でデータを転送するこれらのネットワークで長距離を横断するための光技術として好まれています。増大するデータ需要を満たすために、データセンター事業者は、今後数年間でネットワークを400 Gb/sの光リンクにアップグレードする可能性が高いと考えられます（リンクあたり4x100 Gb/sのレーンを集約）。データセンター内では、安価で電力効率に優れた光通信の需要が飛躍的に増加し、フォトニック集積回路（IC）市場を牽引するでしょう。

超帯域幅ビデオサービス、データセンタークラウド相互接続サービス、5Gモバイルネットワークサービスなどの新興サービスは、光伝送ネットワーク技術の発展を促進しています。これらのサービスは、将来の光通信業界の発展とアーキテクチャの変革を推進します。すべてのスマートフォンとタブレットにビデオクライアントが付属し、ネットワーク接続を介してビデオを簡単に視聴できるモバイルアクセスは、拡張をさらに加速します。銅ケーブルのデータ伝送容量の限界に達すると、ネットワークキャリアはデータを伝送するために電気導体ではなくレーザー光源にますます目を向けます。データに飢えた消費者の需要を満たすために、データ転送と通信を改善するトランシーバーが可能になります。

地域分析

世界の光集積回路市場は、北米、ヨーロッパ、アジア太平洋、LAMEA の 4 つの地域に分かれています。

アジア太平洋地域が世界市場を支配

アジア太平洋地域は、最も大きな収益貢献者であり、予測期間中に 25.2% の CAGR で成長すると予想されています。エレクトロニクスおよび通信セクターの成長と、多くの半導体生産拠点の東南アジア諸国への急速な移転により、中国を含むアジア太平洋地域は重要な市場となっています。中国の PIC 技術は、過去 10 年間で急速に進歩しました。同国では、9 を超える重要な PIC プロジェクトが発表されています。光および無線ネットワーク、光相互接続、コヒーレント光通信など、ブロードバンド通信に重点を置いた多数のアプリケーション向けに、さまざまな材料技術とプラットフォームが開発されています。

ヨーロッパは、予測期間中に年平均成長率 22.6% で成長すると予想されています。EU の執行機関である欧州委員会は、数年にわたって光集積回路 (IC) 技術に投資してきました。これには、基礎研究、概念実証デバイスおよびソフトウェアの開発、さらに最近ではパイロット ライン製造への最先端の投資が含まれます。その結果、現在、この地域では PIC エコシステムが活発化しており、PIC 技術の力を解き放ち、幅広い経済的および社会的側面で住民に利益をもたらす可能性があります。

さらに、ヨーロッパでは PIC 開発を推進するための取り組みがいくつか開始されています。たとえば、InPulse は、素晴らしいアイデアはあるものの PIC 製造施設を持たない企業に、インジウムリンをベースにした PIC の最新製造技術へのアクセスを提供するパイロット イニシアチブです。次世代の通信ネットワークとサービスを目指した将来の接続システムとコンポーネントの基本技術の高度な戦略ロードマップが、ヨーロッパの通信およびマイクロエレクトロニクス分野の産業および研究開発企業によって開発されています。

北米では、データセンターと光ファイバー通信の広域ネットワーク (WAN) アプリケーションが、フォトニック集積回路 (PIC) ベースのデバイスの市場を牽引しています。 IoT の急速な導入と高速データ伝送の需要の高まりにより、クラウド コンピューティングのデータ トラフィックが増加しています。 この地域には現在、潜在的に急成長するフォトニック集積回路業界があります。 2021 年末までに、北米はクラウド市場の導入率が最も高くなると予想されています。 米軍は、高性能の位置、ナビゲーション、タイミング (PNT) デバイス用のフォトニック集積回路の構築を目指しています。 これは、GPS 信号がない状況で GPS を置き換えることができるため、有利です。 米軍は、高性能の位置、ナビゲーション、タイミング (PNT) デバイス用のフォトニック集積回路の構築を目指しています。 これは、GPS 信号がない状況で GPS を置き換えることができるため、有利です。

中東では、近年、技術基盤の構築に重点が置かれるようになり、電子工学や光工学の技術が普及してきました。たとえば、国家科学技術革新計画では、サウジアラビアの技術革新が認められています。キング・アブドゥルアズィーズ科学技術都市（KACST）は、サウジアラビアの知識社会と経済を支える民間の非営利独立国立研究開発機関です。この地域の企業からのサービス需要の高まりを活用するため、IBMはアラブ首長国連邦に2つのデータセンターを開設すると発表しました。これは同社にとって、中東およびアフリカのクラウドストレージ分野への最初の進出となります。

最近の動向

• 2022年2月- データセンターおよび通信市場向けのPOET Optical Interposer™およびフォトニック集積回路（PIC）の設計・開発企業であるPOET Technologies Inc.は、データセンターおよび通信アプリケーション向けの電力効率に優れた超高帯域幅の電気光学変換をサポートするPOETの光学エンジンに高度な薄膜ニオブ酸リチウム（「TFLN」）変調器を組み込むために、Liobate Technologiesと提携することを発表しました。
• 2022 年 11 月- II-VI Incorporated は 11 件の買収と 1 件の投資を行いました。同社は買収に 36 億 6,000 万米ドル以上を費やしました。II-VI Incorporated は、通信インフラ技術、アナログおよびミックスドシグナル IC、フォトニクスなど、複数の分野に投資しました。