Marktgröße, Anteil und Branchenanalyse für Siliziumphotonik, nach Komponenten (Fotodetektoren, optische Wellenleiter, Wellenlängenmultiplexfilter (WDM), Laser und optische Modulatoren), nach Produkt (Transceiver, aktive optische Kabel, optische Multiplexer, optische Dämpfungsglieder usw.) Andere), nach Anwendung (Rechenzentrum und Hochleistungsrechnen, Unterhaltungselektronik, Gesundheitswesen und Biowissenschaften, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Sicherheit, Automobil und andere) und regionale Prognose, 2024–2032

Die globale Marktgröße für Siliziumphotonik (SiPh) wurde im Jahr 2023 auf 2,24 Milliarden US-Dollar geschätzt. Der Markt soll von 2,69 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 15,83 Milliarden US-Dollar im Jahr 2032 wachsen und im Prognosezeitraum eine jährliche Wachstumsrate von 24,8 % aufweisen .

Siliziumphotonik (SiPh) ist eine Technologie, die die Eigenschaften von Silizium zur Manipulation von Lichtsignalen nutzt. Es kombiniert Siliziumsubstrat und optische Geräte, um im Vergleich zu herkömmlichen Datenübertragungsmethoden schnellere, zuverlässige und kostengünstige Datenübertragungen zu ermöglichen. Es integriert siliziumbasierte integrierte Schaltkreise (ICs) mit photonischen Komponenten, um das Licht zu übertragen, zu erkennen und zu modulieren. Daher wird erwartet, dass diese Technologie bei der Miniaturisierung und dem Stromverbrauch optischer Kommunikationsgeräte von großem Nutzen sein wird.

Die zunehmende Verbreitung der 5G-Technologie und der wachsende Fokus von Unternehmen auf die Entwicklung energieeffizienter Kommunikationslösungen mit höherer Bandbreite werden das Marktwachstum im Prognosezeitraum ankurbeln. Ebenso wird die steigende Nachfrage nach Komponenten in Sensor- und Kommunikationsanwendungen, die in verschiedenen Branchen wie dem Gesundheitswesen, der Automobilindustrie und der Landwirtschaft eingesetzt werden, das Wachstum des Marktes vorantreiben.

Darüber hinaus werden steigende Investitionen von SiPh-Technologieanbietern zur Weiterentwicklung des Produkts durch die Erweiterung ihres Produktportfolios das Marktwachstum im Prognosezeitraum ebenfalls fördern.

• Im Februar 2024 sammelte beispielsweise DustPhotonics, ein Anbieter von Silizium-Photonik-Lösungen, 24 Millionen US-Dollar in einer Finanzierungsrunde der Serie B. Diese Mittel würden verwendet, um die Produktion von Carmel-4- und Carmel-8-Produkten anzukurbeln, die hauptsächlich für 400-Gbit/s- und 800-Gbit/s-Anwendungen verwendet werden.

Die COVID-19-Pandemie führte zu einer plötzlichen Verschiebung der Nachfrage nach Halbleitergeräten und -chips. Beispielsweise hat Applied Materials im Jahr 2020 seinen Geschäftsbetrieb eingestellt, da die Pandemie die Lieferkette und den Produktionsbetrieb des Unternehmens stark beeinträchtigt hatte. Dieser Faktor hatte aufgrund massiver Unterbrechungen der Lieferkette in der verarbeitenden Industrie, der Automobilindustrie und anderen Branchen massive Auswirkungen auf das Verbraucherverhalten. Der COVID-19-Ausbruch erweiterte jedoch den Anwendungsbereich von SiPh im Gesundheitssektor, indem er Fortschritte in der biomedizinischen Bildgebung mit sich brachte. Dies führte zu einem Anstieg der Nachfrage nach SiPh-Chips während der Pandemie und nach der Pandemie, hauptsächlich im Gesundheitssektor.

AUSWIRKUNGEN GENERATIVER KI

Implementierung von Gen-AI in der Silizium-Photonik steigerte die Datenübertragungsgeschwindigkeit mit verbesserter Systemleistung

Die Integration von KI und Siliziumphotonik bringt Fortschritte in verschiedenen Bereichen mit sich, darunter Bildgebung, optische Kommunikation und Sensorik. Die integrierte KI zielt darauf ab, die Designs photonischer Geräte zu optimieren, um die Gesamtleistung zu verbessern und ein automatisiertes Erlebnis zu bieten, um die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten bei Endbenutzern zu beschleunigen. Die mit künstlicher Intelligenz (KI) integrierten SiPh-Geräte tragen dazu bei, den längerfristigen internen Kommunikationsbedarf der Hyperscale-Rechenzentren mit geringer Latenz und niedrigen Betriebskosten sowie verbesserten Signal-Rausch-Verhältnissen zu decken. Die zunehmende Integration von KI- und maschinellen Lernfunktionen (ML) mit der SiPh-Technologie kann Entwicklungen bei dicht gepackten Photonics Integrated Circuits (PICs) mit verbesserter thermischer Effizienz und erhöhter Datenübertragungsgeschwindigkeit ermöglichen.

Darüber hinaus kann die Kombination von KI und SiPh die Fähigkeiten von Bildgebungssystemen für verschiedene Anwendungen wie medizinische Diagnostik und Mikroskopie verbessern. Diese Integration trägt zur Verbesserung der Bildqualität bei, hilft bei der Krankheitsdiagnose und liefert eine Bildanalyse in Echtzeit. Darüber hinaus trägt SiPh zu einer effizienten Datenübertragung in KI-/ML-Anwendungen bei, indem es die Systemleistung und Entscheidungsfähigkeiten in Echtzeit verbessert.

• Zum Beispiel gab Jabil, Inc., ein Anbieter von Design- und Lieferkettenlösungen, im Oktober 2023 bekannt, dass es Intels aktuelles, auf Siliziumphotonik basierendes, steckbares optisches Transceiver-Produktportfolio und seine zukünftigen Produkte erwerben wird. Diese Übernahme kann die Anforderungen von Hyperscale- und KI-Cloud-Rechenzentren erfüllen, indem sie umfassende Photonikfunktionen bietet.

Die zunehmende Integration von Gen-KI hat die Nachfrage nach HPCs und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mit miteinander verbundenen GPUs erhöht, um die Entwicklung auf dem Markt voranzutreiben.

Unternehmen wie NVIDIA, Intel, IBM, TSSMC, NTT, Cisco Systems, Huawei und viele andere integrieren KI mit siliziumbasierten ICs, um das Wachstum der Silizium-Photonik-Industrie zu beschleunigen. Daher kann die Integration von Gen-KI mit SiPh dazu beitragen, die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Systemleistung zu verbessern.

• Zum Beispiel gab Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) im September 2023 bekannt, dass es auf die SiPh-Technologie setzt, um das Wachstum der Halbleiterindustrie durch die Integration mit Chatbots wie ChatGPT und Bard mit geringerer Latenz zu steigern.
  

Markttrends für Siliziumphotonik (SiPh)

Die Integration von SiPh mit biomedizinischer Bildgebung zur Verbesserung der Krankheitserkennung wird das Marktwachstum ankurbeln

Der Einsatz von SiPh im biomedizinischen Bildgebungsbereich bietet verschiedene Vorteile, wie Miniaturisierung, hohe Empfindlichkeit und Multiplexfähigkeiten, was für fortschrittliche Bildgebungstechniken in der Biomedizin wichtig ist. Die mit hochauflösenden Bildgebungstechniken integrierte SiPh-Technologie hilft Forschern, die biologische Struktur zu visualisieren, was bei der Erkennung der Krankheit und der Gewebecharakterisierung mit hochauflösenden Bildern hilft.

Die zunehmende Integration der Silizium-Photonik-Technik mit der biomedizinischen Bildgebung kann Innovationen im Gesundheitssektor hervorbringen, um personalisierte Medikamente, genaue Krankheitsdiagnosen und bessere Patientenergebnisse bereitzustellen. Diese Integration zielt darauf ab, die Fähigkeiten von Ärzten im Gesundheitswesen durch verbesserte biomedizinische Forschung zu verbessern.

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Wachstumsfaktoren für den Markt für Siliziumphotonik

Anstieg der Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zur Förderung des Marktwachstums

Heutzutage steigt die Nachfrage nach High Performance Computing (HPC) in Unternehmen aufgrund der erhöhten Arbeitsbelastung, komplexer Datenverarbeitungsherausforderungen und der Integration von HPCs mit IoT- und Big-Data-Technologien. Es bereitet der herkömmlichen elektrischen Signalübertragung mehrere Schwierigkeiten, den steigenden Kapazitätsanforderungen der Benutzer gerecht zu werden, da diese stark unter der begrenzten Bandbreite und dem erheblichen Stromverbrauch leiden. Um diese Herausforderungen zu meistern, besteht daher ein Bedarf an effizienten photonischen Technologien mit geringer Latenz und hoher Bandbreite. Diese Technologie nutzt Licht anstelle von Elektrizität für die Datenverarbeitung, um eine Kommunikation mit hoher Bandbreite durchzuführen.

Der verstärkte Einsatz der SiPh-Technologie bietet praktische Lösungen für die Herausforderung der Datenübertragung mit hohem Datenvolumen. Es bietet eine zuverlässige, kostengünstige und schnelle Datenübertragung im Vergleich zu herkömmlichen kupferbasierten Systemen und bietet Benutzern auf der ganzen Welt bessere Kommunikationsdienste. Durch die Nutzung der Eigenschaften des Lichts und der Skalierbarkeit der Siliziumtechnologie verspricht die Siliziumphotonik eine schnellere, effizientere und stromsparendere Datenübertragung. Durch die Integration von SiPh in Datenkommunikationssysteme mit hoher Kapazität der nächsten Generation können die Einschränkungen der herkömmlichen Transceiver-Technologie in Hochgeschwindigkeitsübertragungsnetzen überwunden werden. Diese Faktoren werden die Nachfrage nach SiPh zur Verwaltung der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mithilfe verschiedener Datenkommunikationsanwendungen im Prognosezeitraum steigern.

BESCHRÄNKENDE FAKTOREN

Risiko eines thermischen Effekts, der das Marktwachstum einschränkt

Die Herausforderung des Wärmeeffekts wird aufgrund der begrenzten Leitfähigkeit des Siliziummaterials als großer Nachteil in der Silizium-Photonik-Industrie angesehen. Dieser Faktor kann zu einem Temperaturanstieg führen, der zu Signaldämpfung, Wellenlängendrift und Geräteausfall führt. SiPh wird hauptsächlich für die nahtlose Kommunikation im Rechenzentrum verwendet, was viel Strom verbraucht. Dieser Faktor hat die Einführung des thermischen Effekts auf den Datenkommunikationsserver beschleunigt. Aufgrund des hohen Energieverbrauchs der Silizium-Photonik-Industrie hat dies jedoch zu Nachhaltigkeitsbedenken geführt.

Die Integration von Hochleistungslaserquellen in Siliziumchips erzeugt außerdem große Wärmemengen, die zu einem Temperaturanstieg der Maschine führen. Dies kann die Leistung der Maschine beeinträchtigen.  Ebenso kann die Integration von CMOS-Elektronik in einen SiPh-Chip einen Wärmeausdehnungseffekt verursachen, der die Leistung photonischer und elektronischer Komponenten erheblich verändern und deren Zuverlässigkeit und Stabilität gefährden kann. Daher ist der hohe thermische Effekt der Hauptfaktor, der das Wachstum des Siliziumphotonik-Marktes im Prognosezeitraum behindern wird.

Marktsegmentierungsanalyse für Siliziumphotonik

Nach Komponentenanalyse

Die Unterbringung mehrerer Wellenlängenkanäle auf einem einzigen Chip mithilfe von WDM steigerte das Marktwachstum

Je nach Komponente ist der Markt in Fotodetektoren, optische Wellenleiter, Wellenlängenmultiplexfilter (WDM), Laser und optische Modulatoren unterteilt.

Das Segment der Wavelength-Division Multiplexing (WDM)-Filter hatte im Jahr 2023 den größten Marktanteil in der Silizium-Photonik. Dieses Segment dominiert den Markt, da Energieeffizienz aufgrund der erhöhten Integrationsdichte zur Anpassung an verschiedene Wellenlängen eine entscheidende Rolle in Hochleistungsrechnerumgebungen spielt Kanäle auf einem CMOS-Chip. Die SiPh-Chips kombinieren Silizium- und elektronische Komponenten, um WDM-Filter mit anderen elektronischen und photonischen Funktionen zu integrieren. Dieser Faktor trägt dazu bei, dass WDM-Filter eine entscheidende Rolle bei der Integration mehrerer Wellenlängen auf einem einzigen CMOS-Siliziumchip spielen.

Es wird erwartet, dass das Segment der optischen Wellenleiter im Prognosezeitraum die größte CAGR verzeichnen wird. Der wachsende Bedarf an energiesparenden Lösungen treibt das Wachstum des Marktes für optische Wellenleiter voran. Der zunehmende Einsatz optischer Wellenleiter in Hochleistungsrechnerumgebungen trägt dazu bei, den Stromverbrauch und die Wärmeableitung im Vergleich zu kupferbasierten Verbindungen zu reduzieren. Dieser Faktor kann dazu beitragen, den Stromverbrauch zu senken und eine Kommunikation mit geringer Latenz zwischen den Benutzern aufzubauen.

Nach Produktanalyse

Rationalisierung der Rechen- und Installationsvorgänge von HPCs mit aktiven optischen Kabeln zur Steigerung der Produktnachfrage

Auf der Grundlage des Produkts ist der Markt in Transceiver, aktive optische Kabel, optische Multiplexer, optische Dämpfungsglieder und andere unterteilt.

Das Segment der aktiven optischen Kabel hatte im Jahr 2023 den größten Marktanteil. Diese Kabel helfen im Vergleich zu Kupferkabeln bei der Übertragung großer Datenmengen über große Entfernungen. Sie reduzieren die Integrationskosten im Vergleich zu herkömmlichen optischen Modulen. Ihr Ziel ist es außerdem, optimierte Installationsvorgänge für HPCs und Rechenzentren mit zusätzlichen Speicheranwendungen bereitzustellen.

Es wird erwartet, dass das Segment der optischen Multiplexer im Prognosezeitraum die schnellste CAGR verzeichnen wird. Da optische Multiplexer in WDM-Systemen eine Schlüsselrolle spielen, ermöglichen sie die Übertragung der Informationen über verschiedene Wellenlängen über eine einzige Glasfaser. Die optischen Multiplexer helfen dabei, mehrere Kanalzahlen zu integrieren und die Chipdesigns mit geringem Leistungsverlust zu komprimieren. Daher wird die zunehmende Entwicklung von Multiplexern die Kapazität und Effizienz optischer Kommunikationssysteme im Prognosezeitraum verbessern.

Durch Anwendungsanalyse

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Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation über Rechenzentren und Hochleistungsrechnen zur Förderung des Marktwachstums

Nach Anwendung ist der Markt in Rechenzentren und Hochleistungsrechnen, Unterhaltungselektronik, Gesundheitswesen und Biowissenschaften, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Sicherheit, Automobil und andere unterteilt.

Es wird erwartet, dass das Segment Rechenzentren und Hochleistungs-Computing-Anwendungen im Prognosezeitraum die maximale CAGR verzeichnen wird. Dies ist auf die steigende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung und effizienter Datenkommunikation in Rechenzentren, Telekommunikationsnetzen und Cloud Computing zurückzuführen. Der Einsatz der SiPh-Technologie in diesen Anwendungen ermöglicht die Entwicklung kompakter, leistungsstarker und kostengünstiger Geräte, die im schnell wachsenden Datenkommunikationsmarkt stark nachgefragt werden. Diese Faktoren werden sich positiv auf das Marktwachstum auswirken.

Das Verteidigungs- und Sicherheitssegment hatte im Jahr 2023 den größten Marktanteil. Dies ist auf den steigenden Bedarf an kritischen Sicherheitsanwendungen zurückzuführen, die Innovationen bei optischen Verbindungen und optischen Netzwerken durch die Integration fortschrittlicher Technologien wie KI/ML und das Internet der Dinge ermöglichen (IoT) und andere aus Sicherheitsgründen.

REGIONALE EINBLICKE

Der Markt wird in Nordamerika, Europa, im asiatisch-pazifischen Raum, im Nahen Osten und in Afrika sowie in Südamerika untersucht, und jede Region wird länderübergreifend weiter untersucht.

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Nordamerika dürfte einen wesentlichen Beitrag zum Marktwachstum leisten und im Jahr 2023 den höchsten Marktanteil halten. Wachsende Investitionen der kanadischen Regierung in den SiPh-Chip-Anbieter One Silicon Chip Photonics (OSCP) werden zum regionalen Marktwachstum beitragen . Denn solche Investitionen werden technologische Fortschritte bei autonomen Fahrzeugen und Drohnen mit sich bringen. Ebenso wird die Präsenz einer großen Anzahl von Anbietern von Silizium-Photonik-Technologie in Ländern wie den USA und Kanada die Produktnachfrage im Prognosezeitraum ankurbeln.

• Studien zufolge entfielen im März 2024 fast 75 % der weltweiten Produktion von Photonikkomponenten auf die USA, China, Japan und Deutschland. Darüber hinaus werden zunehmende Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zur Verbesserung der industriellen Fähigkeiten von SiPh-Produkten das Wachstum des Marktes in Nordamerika im Prognosezeitraum vorantreiben.

Es wird geschätzt, dass der asiatisch-pazifische Raum im Prognosezeitraum die höchste CAGR verzeichnet. Dies ist auf die gestiegene Zahl von 5G-Nutzern und die zunehmende Nutzung von Smartphones und anderen intelligenten Geräten in Ländern wie China, Indien und Japan zurückzuführen. Durch die erhöhte Netzwerkkapazität in der Region sind auch große Datenmengen entstanden. Um den steigenden Bedarf an Datenkommunikationslösungen mit hoher Kapazität zu decken, wird die Nachfrage nach SiPh daher schrittweise steigen. Dieser Faktor wird das Wachstum des Marktes im asiatisch-pazifischen Raum im Prognosezeitraum ankurbeln.

Europa wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein moderates Wachstum verzeichnen. Dies ist auf die zunehmende Einführung automatisierter Herstellungspraktiken und kontinuierliche Weiterentwicklungen in der Silizium-Photonik-Industrie durch verschiedene Schlüsselunternehmen zurückzuführen, die Innovationen hervorbringen. Diese Faktoren werden das Wachstum des Marktes in der Region im Prognosezeitraum ankurbeln. Ebenso wird das wachsende Netzwerk von Rechenzentren zur Bereitstellung nahtloser Kommunikationsdienste mit geringer Latenz zwischen Ländern wie Großbritannien, Deutschland, Italien und Frankreich das Wachstum des Marktes vorantreiben.

• Laut einer Forscherumfrage im Jahr 2023 gab es in den aufgeführten 135 Ländern weltweit insgesamt 6.603 Rechenzentren. Davon befanden sich 310 Rechenzentren in Deutschland, 204 in Frankreich, 345 im Vereinigten Königreich und 97 in Spanien. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren wird die Nachfrage nach SiPh in Europa im Prognosezeitraum moderat steigen.

Für die Märkte im Nahen Osten, Afrika und Südamerika wird im Prognosezeitraum ein exponentielles Wachstum prognostiziert. Dies ist auf die wachsende Präsenz von SiPh-Startups in Ländern wie Israel, den Vereinigten Arabischen Emiraten und Brasilien sowie auf die steigende Zahl von Telekommunikations- und Datenkommunikationsunternehmen in beiden Regionen zurückzuführen. Dies sind die Schlüsselfaktoren, die das Wachstum der Märkte im Prognosezeitraum voraussichtlich ankurbeln werden.

Liste der wichtigsten Unternehmen im Markt für Siliziumphotonik

Technologische Entwicklungen führender Unternehmen zur Förderung der Marktverbreitung

Zu den auf dem Markt tätigen Unternehmen gehören hauptsächlich Intel Corporation, Cisco Systems, Inc., Juniper Networks, GlobalFoundries U.S. Inc., Lumentum Operations LLC und Synopsys, Inc. Diese Unternehmen konzentrieren sich auf Innovationen bei Telekommunikations- und Datenkommunikationsanwendungen. Um ihre Aktivitäten weltweit zu verbessern, nutzen die Marktteilnehmer verschiedene strategische Methoden wie Partnerschaften, Kooperationen, Übernahmen und Fusionen.

Liste der profilierten Schlüsselunternehmen:

• Intel Corporation (USA)


• Cisco Systems, Inc. (USA)


• Juniper Networks (USA)


• GlobalFoundries U.S. Inc.  (USA)


• Lumentum Operations LLC (USA)


• IBM Corporation (USA)


• Broadcom, Inc. (USA)


• Hamamatsu Photonics K.K. (Japan)


• Synopsys, Inc. (USA)


• OSCPS Motion Sensing Inc. (Kanada)


• Marvell Technology, Inc. (USA)

WICHTIGSTE ENTWICKLUNGEN DER INDUSTRIE:

• März 2024: Teramount ging eine Partnerschaft mit GlobalFoundries (GF) ein, um die Herausforderungen beim Anschluss von Fasern an den SiPh-Chip zu lösen und die optische Hochgeschwindigkeitskonnektivität für KI/ML-basierte Anwendungen und Daten zu nutzen Zentren. Diese Zusammenarbeit zielt darauf ab, die zunehmenden Energieherausforderungen und Bandbreitenanforderungen von Telekommunikations- und Datenkommunikationsanwendungen zu bewältigen.


• Oktober 2023: DustPhotonics bringt seinen ersten Single-Chip-800G-DR8-Silizium-Photonik-Chip auf den Markt, der in verschiedenen Rechenzentrumsanwendungen eingesetzt werden soll, um eine Hochleistungs-Computing-Lösung für nahtlose Kommunikation bereitzustellen.


• September 2023: Vodafone arbeitete mit iPronics aus Valencia und Salience Labs aus Großbritannien zusammen, um neue photonische Siliziumchips als Hardware zu entwickeln. Diese Hardware wird verwendet, um die Kapazität offener Funkzugangsnetze (Open RAN) in einem Forschungs- und Entwicklungszentrum in Málaga zu verbessern.


• September 2023: Tower Semiconductor ging eine Partnerschaft mit InnoLight Technology ein, um die mit Silicon Photonics verarbeitete PH18-Plattform mehrerer Generationen von Tower auf Basis optischer Transceiver mit 400G/800G-Geschwindigkeit auf den Markt zu bringen. Diese Partnerschaft wird dazu beitragen, eine SiPh-Plattform bereitzustellen, um Fortschritte in verschiedenen Anwendungen zu erzielen, darunter in den Märkten KI, Sensoren, Automobil-LiDAR und Rechenzentren.


• März 2022: GlobalFoundries Inc. arbeitete mit einigen wichtigen Branchenakteuren zusammen, darunter Cisco Systems, Inc., Broadcom, Marvell und NVIDIA. Das Unternehmen arbeitete außerdem mit verschiedenen Photonik-Anbietern wie Lightmatter, PsiQuantum, Ayar Labs und Xanadu zusammen, um die fortschrittlichen Quantencomputing-Anforderungen der Marktführer zu erfüllen.

BERICHTSBEREICH

Die Marktstudie umfasst wichtige Bereiche, um bessere Kenntnisse über die Branchenvertikale zu erlangen. Darüber hinaus bietet der Forschungsbericht Einblicke in die neuesten Bestrebungen und Branchenentwicklungen sowie eine Analyse der weltweit eingesetzten High-Tech-Lösungen. Darüber hinaus werden einige wachstumsfördernde Faktoren und Einschränkungen hervorgehoben, sodass der Leser ein umfassendes Verständnis des Marktes erlangen kann.

Umfangreiche Einblicke in den Markt gewinnen, Anfrage zur Anpassung

BERICHTSUMFANG UND SEGMENTIERUNG