광자 집적 회로 시장 규모, 점유율 및 동향 분석 보고서: 구성 요소 유형별(레이저(광 레이저), 변조기, 검출기, 송수신기, 다중화기/역다중화기, 광 증폭기), 원자재 유형별(III-V 소재, 니오브산리튬, 실리카온실리콘, 기타 원자재), 집적 공정별(하이브리드, 모놀리식), 응용 분야별(통신, 생의학, 데이터 센터, 기타 응용 분야) 및 지역별(북미, 유럽, 아시아 태평양, 중동 및 아프리카, 라틴 아메리카) 예측, 2026-2034년

광자 집적 회로 시장 성장 요인

사진 소형화를 위한 투자 및 연구

자동차, 항공우주 및 통신 업계의 여러 기업들이 분광기 생산을 위해 협력하고 있는 가운데, 소형화되고 합리적인 가격에 신뢰성이 높은 광자 집적 회로에 대한 상당한 수요가 존재합니다.LiDAR 산업따라서 소형화에 대한 상업적 수요가 매우 높습니다. 관련 소자는 이산화규소 층과 얇은 니오브산리튬(LN) 코팅으로 구성되어 고속으로 동작하면서도 소형화 및 에너지 효율이 뛰어난 변조기를 구현했습니다. 이 변조기의 전기광학 모달 부피는 0.58m³이며, 17.5GHz의 변조 대역폭과 1.98GHz/V의 튜닝 효율을 특징으로 합니다. 기존의 전기 신호 처리기와 함께 통합된 광 신호 처리기는 고급 신호 처리 하드웨어 플랫폼의 발전을 위한 기반을 마련하고 있으므로, 처리 대역폭, 지연 시간 및 전력 효율의 상당한 개선이 요구됩니다.

마찬가지로, 미쓰비시 전기 연구소에 따르면 실리콘 포토닉스 플랫폼은 프로세서 기능을 확장하고 기기 소형화 추세에 발맞춰 유용한 기능을 제공하기 위해 새로운 구성 요소를 모색해 왔습니다. 또한, 복잡한 회로를 프로세서 칩에 초고밀도로 집적하는 것이 목표입니다.

시장 제한

기존 IC에 대한 지속적인 수요

하이브리드 포토닉 집적 회로는 효율성이 매우 뛰어나고 기존 IC에 비해 여러 장점을 제공하지만, 시장 침투율은 상대적으로 낮습니다. 현재 많은 파운드리에서 상당량의 하이브리드 포토닉 집적 회로를 생산하고 있지만, 대량 생산 및 저비용 제조에 필요한 소재에 대한 연구는 여전히 진행 중입니다. 사물인터넷(IoT) 하드웨어 분야의 발전에 힘입어 기존 IC가 대량 생산 애플리케이션에 널리 보급되면서 시장 성장이 지속되고 있습니다. 또한, 스마트 시스템이나 지능형 시스템에 필요한 범용 IC에 대한 수요 증가 역시 하이브리드 포토닉 집적 회로의 대량 생산 확대를 저해하는 요인입니다.

시장 기회

통신 및 데이터 센터 분야에서 성장하는 애플리케이션

데이터 센터와 통신 산업은 하이브리드 PIC를 사용함으로써 상당한 이점을 얻습니다. 통신 및 데이터 센터 시장에서 하이브리드 PIC의 도입이 증가하는 주된 이유는 기존 IC로는 지원할 수 없는 높은 데이터 전송 속도에 대한 요구 때문입니다. 5G 및 고속 네트워크의 발전은 이러한 추세를 더욱 가속화했습니다. 트랜시버와 수동 소자의 개발 및 광범위한 사용으로 PIC는 통신 산업에서 널리 알려진 기술이 되었습니다. 5G의 등장으로 무선 및 라디오 기술이 더욱 주목받게 되었습니다. 그러나 포토닉스와광섬유차세대 기지국과의 신호 전송에 있어 핵심적인 역할을 수행해 왔습니다. 높은 수준의 혁신은 다른 제조업체들이 필요에 맞는 저비용 하이브리드 PIC 하드웨어를 개발하는 데에도 도움을 주고 있습니다. 또한 클라우드 애플리케이션(DC)의 증가로 데이터 센터가 관리해야 하는 트래픽 양이 빠르게 증가하고 있습니다.

구성 요소 유형 인사이트

세계 시장은 레이저(광학 레이저), 변조기, 검출기, 송수신기, 다중화기/역다중화기 및 광 증폭기로 나뉩니다.

레이저(광학 레이저) 부문은 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 22.3%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 레이저는 광원으로 사용되며 광자 집적 회로의 효율적인 작동에 필수적입니다. 레이저는 광자 집적 회로(IC)에 내장되거나 외부에서 사용할 수 있습니다. 하이브리드 광자 집적 회로에 가장 널리 사용되는 반도체는 분산 피드백 레이저(DFB)입니다. DFB 반도체 레이저는 주름진 도파관과 유사한 통합 격자 구조를 사용하여 제작할 수 있습니다. DFB는 단일 공진 모드(단일 주파수 동작)를 갖는 광섬유 또는 반도체 레이저입니다. 광섬유 레이저 방식에서 분산 반사는 일반적으로 길이가 수 센티미터 또는 밀리미터인 광섬유 브래그 격자에서 발생합니다. DFB는 광섬유 감지, 3D 감지, 가스 감지, 호흡기 및 혈관 모니터링과 같은 질병 진단 등 광범위한 신규 응용 분야 외에도 고용량 장거리 광통신을 위한 광 신호로 주로 활용됩니다.

전기흡수변조기(EAM)라고 불리는 반도체 소자는 전기 전압(광학 변조기)을 이용하여 레이저 빔의 강도를 변화시키는 데 사용됩니다. EAM은 인가된 전기장에 의해 발생하는 흡수 스펙트럼을 변화시켜 밴드갭 에너지를 조절하는 방식으로 작동하지만, 전하 운반체의 여기는 대부분 억제합니다. 전기광학 변조기와 비교하여 EAM은 훨씬 빠른 속도와 낮은 전압에서 작동할 수 있습니다. 이러한 소자는 수십 GHz에 달하는 변조 대역폭을 달성할 수 있으므로 하이브리드 광자 IC에 유용합니다. EAM은 통신 분야의 외부 변조 링크와 집적 광자 및 전기 소자 회로의 내부 연결에 사용됩니다. EAM은 기존 변조 방식보다 10배 낮은 전압에서 작동하고, 발열량도 10배 적으며, 더 빠른 신호 전송을 가능하게 합니다.

원자재 유형별 분석

세계 시장은 III-V 소재, 니오브산리튬, 실리카온실리콘 및 기타 원자재로 양분됩니다.

III-V 소재 부문은 가장 큰 시장 점유율을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 21.8%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. GaAs, InP, GaN, InAs, InSb 등이 가장 일반적인 III-V 소재입니다. 인듐인화물(InP)과 갈륨비소(GaAs)는 광원으로 사용되는 III-V 반도체의 대표적인 예입니다. 이러한 소재들은 일반적으로 개별 패키지 부품으로 구현됩니다. 이러한 외부 광원은 일반적으로 결합 손실이 크고, 물리적 크기가 크며, 패키징 비용이 높은 단점이 있습니다. III-V 반도체 화합물인 갈륨비소(GaAs)는 여러 집적 회로 및 전계 효과 트랜지스터(FET)(IC)에 사용됩니다. GaAs 기반 광전자 부품은 높은 전자 이동도 덕분에 200GHz 이상의 주파수에서 작동하는 고속 전자 스위칭 응용 분야에 적합합니다.

차세대 전광통신 네트워크의 핵심 요소 중 하나는 실리카-온-실리콘(SoS)입니다. 수동 유전체 부품과 반도체 능동 전자 회로 및 광자 소자의 단일체 통합은 실리콘 플랫폼 기반 평면 광파 회로(PLC) 개발 추세를 선도하고 있습니다. SoS는 경량화 및 설치 공간 제약 등의 장점으로 인해 다양한 연결 응용 분야에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 그러나 SoS 평면 도파관 소자의 구조를 구성하는 각 층의 특성은 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 파장 분할 다중화(WDM) 광통신 시스템에서 파장 선택 소자로, 그리고 바이오센서 및 생체 분석 미세 기술을 포함한 광 센싱 분야에서 브래그 격자가 새겨진 SoS 도파관 기술 기반 소자의 활용도가 점점 높아지고 있습니다.

통합 프로세스에 대한 인사이트

세계 시장은 하이브리드형과 단일형으로 양분됩니다.

단일 칩(모놀리식) 소자는 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 21.8%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 단일 칩 집적 회로는 동일한 웨이퍼 기판 위에 다양한 재료를 제조하는 방식입니다. 하이브리드 시스템과 비교했을 때, 단일 칩 집적 회로는 성능 면에서 몇 가지 단점을 가지고 있습니다. 조립 전에 모든 구성 요소를 개별적으로 최적화하고 테스트할 수 없기 때문입니다. 따라서 하이브리드 집적 회로는 우수한 성능과 설계 자유도를 제공할 수 있습니다. 단일 칩 집적 광자 집적 회로는 여러 재료를 사용하는 데 따른 문제점을 피하기 위해 다양한 능동 및 수동 광학 장치에 사용되어 왔습니다. 이러한 단일 칩 광자 집적 회로는 에너지 효율성과 신뢰성 측면에서 하이브리드 광자 집적 회로에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.

광자 집적 회로는 하이브리드 집적 기술을 이용하여 두 가지 이상의 재료를 사용하여 제작됩니다. 이 하이브리드 기술의 가장 큰 장점은 각 광학적 기능에 최적화된 재료를 선택할 수 있다는 것입니다. 그러나 각 재료는 고유한 특성을 가지고 있기 때문에 여러 재료를 혼합하는 것이 필수적입니다. 최근 칩 기반 광자 양자 회로 기술의 발전은 양자 정보 처리에 지대한 영향을 미쳤습니다. 단일체 광자 플랫폼으로는 대부분의 양자 응용 분야에서 요구되는 까다로운 조건을 충족하기 어렵다는 것이 입증되었습니다. 이러한 단일체 광자 회로의 한계는 여러 광자 기술을 단일 기능 단위로 결합한 하이브리드 플랫폼을 통해 해결될 수 있습니다. 높은 효율성과 낮은 제조 비용 덕분에 하이브리드 광자 집적 회로는 무선 통신, 고성능 컴퓨팅, 서버, 데이터 센터, 의료 기기, 군사 및 항공 우주 제품 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

응용 프로그램 분석

세계 시장은 통신, 생물의학, 데이터 센터 및 기타 응용 분야로 나뉩니다.

데이터 센터 부문은 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있으며 예측 기간 동안 연평균 21.9%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 데이터 센터 내 서버 랙은 복잡한 광섬유 케이블 네트워크를 통해 광 링크로 연결됩니다. 현재 데이터 센터 내부에서는 4x25Gb/s 단일 채널 또는 100Gb/s 레인 광 회선이 데이터 트래픽을 지원합니다. 단일 모드 광섬유는 이러한 네트워크에서 장거리 전송에 적합한 광 기술로, 길이는 수 미터에서 최대 2킬로미터에 이릅니다. 증가하는 데이터 수요를 충족하기 위해 데이터 센터 운영업체는 향후 몇 년 내에 네트워크를 400Gb/s 광 링크(링크당 4x100Gb/s 레인 통합)로 업그레이드할 가능성이 높습니다. 데이터 센터 내에서 저렴하고 전력 효율이 높은 광 통신에 대한 수요가 기하급수적으로 증가함에 따라 광자 집적 회로(IC) 시장이 성장할 것입니다.

초고대역폭 비디오 서비스, 데이터센터 클라우드 상호 연결 서비스, 5G 이동통신 네트워크 서비스와 같은 새로운 서비스들이 광전송 네트워크 기술 개발을 촉진하고 있습니다. 이러한 서비스들은 미래 광통신 산업의 발전과 아키텍처 혁신을 주도할 것입니다. 모든 스마트폰과 태블릿에 비디오 클라이언트가 탑재되어 네트워크 연결을 통해 간편하게 동영상을 시청할 수 있게 된 모바일 환경은 이러한 기술 확장을 더욱 가속화하고 있습니다. 구리 케이블의 데이터 전송 용량 한계에 도달함에 따라, 네트워크 사업자들은 데이터 전송을 위해 전기 도체 대신 레이저 광원을 점점 더 많이 활용하고 있습니다. 데이터 사용량이 많은 소비자들의 요구를 충족시키기 위해, 향상된 데이터 전송 및 통신을 가능하게 하는 송수신기가 개발되고 있습니다.

지역 분석

아시아 태평양 지역은 가장 중요한 매출 기여 지역이며 예측 기간 동안 연평균 25.2%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 전자 및 통신 부문의 성장과 많은 반도체 생산 기지가 동남아시아 국가로 빠르게 이전함에 따라 중국을 포함한 아시아 태평양 지역은 중요한 시장으로 부상했습니다. 중국의 PIC(Photonic Integrated Circuit) 기술은 지난 10년간 급속도로 발전해 왔습니다. 중국에서는 9개 이상의 주요 PIC 프로젝트가 발표되었습니다. 광 및 무선 네트워크, 광 인터커넥트, 코히런트 광 통신을 포함한 광대역 통신에 초점을 맞춘 다양한 응용 분야를 위한 다양한 소재 기술과 플랫폼이 개발되었습니다.

유럽 ​​시장 동향

유럽은 예측 기간 동안 연평균 22.6%의 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. 유럽연합(EU) 집행위원회는 수년간 광자 집적 회로(PIC) 기술에 투자해 왔습니다. 이러한 투자는 기초 연구, 개념 증명 장치 및 소프트웨어 개발, 그리고 최근에는 시범 생산 라인 구축에 이르기까지 최첨단 기술을 아우릅니다. 그 결과, 현재 유럽 지역에는 활발한 PIC 생태계가 조성되어 있으며, 이는 PIC 기술의 잠재력을 최대한 활용하여 경제 및 사회 전반에 걸쳐 지역 주민들에게 다양한 혜택을 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다.

또한, 유럽에서는 PIC 개발을 촉진하기 위한 여러 가지 다른 계획들이 시작되었습니다. 예를 들어, InPulse는 훌륭한 아이디어를 가지고 있지만 PIC 제조 시설이 없는 기업들에게 인듐인화물 기반 PIC의 최신 생산 기술을 제공하는 시범 사업입니다. 유럽의 통신 및 마이크로일렉트로닉스 분야의 산업 및 연구 개발 기업들은 차세대 통신 네트워크 및 서비스를 목표로 하는 미래 연결 시스템 및 구성 요소의 핵심 기술에 대한 고수준 전략 로드맵을 개발하고 있습니다.

북미 시장 동향

북미 지역에서는 데이터 센터와 광섬유 통신을 활용한 광역 네트워크(WAN) 애플리케이션이 광자 집적 회로(PIC) 기반 장치 시장을 주도하고 있습니다. 사물 인터넷(IoT)의 빠른 도입과 고속 데이터 전송에 대한 수요 증가로 클라우드 컴퓨팅의 데이터 트래픽이 급증하면서 북미 지역은 광자 집적 회로 산업의 성장 잠재력이 큰 지역으로 떠오르고 있습니다. 2021년 말까지 북미는 클라우드 시장에서 가장 높은 도입률을 기록할 것으로 예상됩니다. 미군은 고성능 위치, 항법 및 시간(PNT) 장치용 광자 집적 회로 개발을 목표로 하고 있습니다. 이는 GPS 신호가 없는 상황에서 GPS를 대체할 수 있어 큰 이점을 제공할 수 있습니다.

중동 시장 동향

중동 지역에서는 기술 기반 구축에 대한 중요성이 커짐에 따라 최근 몇 년 동안 전자 및 광자 기술이 더욱 보편화되었습니다. 예를 들어, 사우디아라비아는 국가 과학 기술 혁신 계획에서 혁신적인 기술들을 인정받았습니다. 킹 압둘아지즈 과학기술도시(KACST)는 사우디아라비아의 지식 기반 사회와 경제를 지원하는 민간 비영리 독립 국가 연구 개발 기관입니다. 이러한 지역 기업들의 서비스 수요 증가에 발맞춰 IBM은 아랍에미리트에 두 개의 데이터 센터를 개설한다고 발표했습니다. 이는 IBM이 중동 및 아프리카 클라우드 스토리지 분야에 진출하는 첫 번째 사례입니다.