El mercado de la fotónica de silicio y los PIC está experimentando un fuerte crecimiento, impulsado por el auge de la IA y la demanda de transceptores datacom. Las principales empresas del sector, como Intel, Coherent e Infinera, utilizan activamente PIC en sus transceptores.

¿Cuáles son las ventajas y los retos de la fotónica de silicio y los circuitos fotónicos integrados?

Los circuitos fotónicos integrados (PIC) son diminutos sistemas ópticos fabricados con materiales como sílice (vidrio), silicio o fosfuro de indio. Los PIC permiten desde complejos diseños ópticos que permiten enviar y recibir miles de millones de bits de información en un paquete del tamaño de una chocolatina hasta narices artificiales capaces de detectar distintos compuestos y moléculas en el aire que las rodea.

Al aprovechar los miles de millones de dólares invertidos en los chips CMOS, los PIC pueden desbloquear un nuevo potencial de escalado del procesamiento más allá de la ley de Moore. Sin embargo, el mercado de los PIC aún se enfrenta a importantes retos, como las limitaciones de los materiales, la complejidad de la integración y la gestión de costes. Se necesitan grandes volúmenes de demanda para compensar el coste inicial de diseño y fabricación de los PIC, y los plazos de producción pueden durar meses. El nuevo informe de IDTechEx sobre el tema, «Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits 2024-2034: Market, Technologies, and Forecasts», investiga a fondo el mercado de PIC y ha identificado los transceptores fotónicos para IA como un segmento emergente que pronto será la mayor fuente de demanda de PIC.

¿Cuáles son los materiales de PIC del futuro?

Existe una gran variedad de materiales para PIC del futuro. La mayor parte del mercado actual utiliza PIC basados en silicio y sílice para la propagación de la luz; sin embargo, como semiconductor indirecto, el silicio no es una fuente de luz ni un fotodetector eficiente. Por ello, el Silicio suele combinarse con materiales III-V para las fuentes de luz y la fotodetección. Sin embargo, el niobato de litio de capa fina (TFLN), con su moderado efecto Pockels y su baja pérdida de material, se perfila como un fuerte competidor para las aplicaciones que requieren una modulación de alto rendimiento, como los sistemas cuánticos o los posibles transceptores de alto rendimiento en el futuro. El fosfuro de indio (InP) monolítico sigue siendo uno de los principales protagonistas por su capacidad para detectar y emitir luz. Además, se están explorando materiales innovadores como la titanita de bario (BTO) y los metales de tierras raras por su potencial en computación cuántica y otras aplicaciones de vanguardia.

Cómo está cambiando la IA la demanda de fotónica de silicio y PIC

El auge de la Inteligencia Artificial (IA) ha estimulado una demanda sin precedentes de transceptores de alto rendimiento capaces de soportar las enormes velocidades de transmisión de datos que requieren los aceleradores de IA y los centros de datos. La fotónica de silicio y los PIC están a la vanguardia de esta revolución, gracias a su capacidad para transmitir datos a velocidades de 1,6 Tbps y superiores. Como demuestran las últimas CPU Blackwell de Nvidia, que, según la investigación de IDTechEx, requieren aproximadamente dos transceptores de 800 G por GPU, la necesidad de una comunicación eficiente y de gran ancho de banda es cada vez más crítica para la IA, lo que sitúa a la fotónica de silicio y los PIC como componentes esenciales en el futuro impulsado por la IA. El mayor impulsor del desarrollo de los transceptores PIC es la IA, ya que los aceleradores de IA de mayor rendimiento requerirán transceptores de mayor rendimiento, con transceptores de 3,2Tbps previstos para 2026.

¿Cuáles son las aplicaciones futuras?

Existen otras aplicaciones para la fotónica de silicio y los PIC: desde interconexiones de chip a chip de gran ancho de banda hasta ópticas avanzadas de empaquetado y coempaquetado. Estas tecnologías están allanando el camino a la informática de nueva generación.

Motores y aceleradores fotónicos: Utilizando determinados componentes fotónicos, como los interferómetros Mach-Zehnder, y controlando estos componentes a través de interconexiones electroópticas, pueden diseñarse y fabricarse procesadores de alto rendimiento y dispositivos PIC programables, lo que desbloquea un rendimiento superior al que es posible con aceleradores electrónicos únicamente.

Sensores basados en PIC: Algunos materiales de PIC, como el nitruro de silicio, pueden utilizarse para una amplia gama de sensores, desde sensores de gas a «narices artificiales». El sector de los sensores sanitarios podría sacar partido de la miniaturización de los componentes ópticos en dispositivos PIC, que podrían tener aplicaciones en diagnósticos en puntos de atención o wearables.

El LiDAR FMCW basado en PIC tiene potencial para transformar las industrias automovilística y agrícola con aplicaciones en drones y vehículos autónomos.

Sistemas cuánticos: Las empresas que invierten en computación cuántica basada en iones atrapados y fotones buscan en los PIC sistemas cuánticos más estables y escalables. Los PIC se utilizan en sistemas cuánticos fotónicos para lograr el control preciso de los fotones necesario para la computación cuántica.

La CAGR del 8% del mercado PIC se verá impulsada por aplicaciones en Quantum, 5G, LiDAR, Sensores (como Biosensores y Sensores de Gas) y Datacoms para AI. Fuente: IDTechEx

El mercado de la fotónica de silicio y los PIC está experimentando un fuerte crecimiento, impulsado por el auge de la IA y la demanda de transceptores datacom. Los principales actores del sector, como Intel/Jabil, Coherent e Infinera, utilizan activamente PIC en sus transceptores. Innolight, una empresa de transceptores con sede en China, alcanzó una velocidad de transferencia de 1,6 Tbps en sus últimos transceptores a finales de 2023, que empezarán a comercializarse para aplicaciones de centros de datos en 2024. Coherent, que cuenta con sus propias instalaciones de fabricación de obleas InP, también está desarrollando transceptores de mayor rendimiento para aplicaciones de más de 1,6T. Intel Silicon Photonics, que podría ser adquirida por la empresa de fabricación Jabil, vendió unos 1,7 millones de PIC en 2023, según el análisis de IDTechEx, y sigue desarrollando transceptores para telecomunicaciones y comunicaciones de datos. IDTechEx prevé que la tecnología PIC seguirá dominando el mercado de transceptores de alto rendimiento, consolidando aún más su posición como componente crítico en el panorama tecnológico moderno.

Autor: 

Autor: James Falkiner, analista tecnológico de IDTechEx