信息光子技术发展与应用研究报告（2024年）

信息光子技术发展与应用研究报告 (2024 年) 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 更名声明 原“集智”白皮书更名为“集智”蓝皮书。“集智”蓝皮书将继续秉承原有的编撰理念和高质量标准，致力于提供有价值的信息和洞见。 前言 在信息技术领域，光子是与电子并驾齐驱的基础性支撑技术，具有广泛应用潜力，在未来网络、高性能计算、智能感知、新型显示等领域前景广阔，有望成为新质生产力的强劲引擎，对改造升级传统产业、培育壮大新兴产业、前瞻布局未来产业具有重要意义。同时，在微电子集成电路发展趋势放缓背景下，光子技术不追求工艺尺寸的极限缩小，有望通过光电融合等新方式开辟“后摩尔时代”新赛道。 经过五十余年发展，信息光子已涵盖光采集、光连接（含光通信、光互连等）、光算存（含光计算、光存储等）、光呈现（含光显示、光成像等）等分支方向，整体处于科技攻关与工程研发、应用探索与场景拓展、生态培育与产业壮大协同推进的多样化发展阶段。其中，光采集、光通信、光存储、光呈现等传统方向已规模部署，在光子材料与基础工艺的持续创新支持下，不断向更高性能、更多场景应用等下一代路径发展演进。同时，芯片级光互连、光计算、新型存储等新兴方向不断涌现，构建光电混合计算、计算与互连、存内计算、通感一体、感算融合等诸多新范式，在信息化全域的重要性更加凸显。 我国及美、欧、日、韩等全球主要经济体均高度重视光子能力构建，围绕光子技术产业发展进行了系列部署，争夺“制高点”的国际竞争日益激烈。本报告对信息光子的总体发展态势、细分领域及共性基础环节的最新研究应用进展、行业热点趋势问题等开展研究分析，希望为推动我国信息光子技术产业高质量发展做出贡献。 目录 一、信息光子技术总体发展态势................................................................................1 （一）信息光子是光子学与信息科学交叉领域.................................................1（二）全球主要经济体高度重视光子能力构建.................................................3（三）市场规模稳定增长，发展阶段各有差异.................................................6 二、光连接领域研究与应用进展................................................................................7 （一）高速率是光连接领域最核心的发展诉求.................................................7（二）多样化技术方案助力传输交换容量提升...............................................12（三）产业规模持续增长，应用场景不断泛化...............................................14（四）片间和片上芯片级光互连成为研究热点...............................................17（五）未来十年功能性能与应用范畴日益拓展...............................................23 三、光算存领域研究与应用进展..............................................................................24 （一）新型显示领域多条技术路线并行发展...................................................47（二）数字时代新型显示应用场景不断拓展...................................................50（三）新型显示市场空间广阔我国保持领先...................................................51（四）成像技术从多维度突破人类视觉极限...................................................53 （五）未来五到十年LCD和OLED仍为主线................................................55六、跨领域交叉融合研究与应用进展......................................................................56（一）计算+连接+存储新范式推动算力扩展..................................................56（二）通感一体化光网络协同架构正在构建...................................................58（三）感算融合全光智能技术研究正在开展...................................................60七、材料工艺共性基础研究与产业进展..................................................................61（一）光子材料多体系并存且处于不同成熟阶段...........................................61（二）光子集成正处于转向规模发展的关键节点...........................................64（三）集成制造和先进封装是光子集成布局重点...........................................65（四）垂直整合、细化分工等多种制造模式并存...........................................75（五）各材料体系与异质异构集成工艺同步演进...........................................76八、光电融合研究进展与产业影响..........................................................................78（一）光子与电子技术呈现协同互补融合关系...............................................78（二）光电融合包含功能协同和硬件一体维度...............................................80（三）后摩尔时代重要选项深远影响产业格局...............................................83九、信息光子技术与应用前景展望..........................................................................85（一）细分领域发展迅速应用场景进一步拓展...............................................85（二）技术产业发展需要政产学研用协同推动...............................................88 图目录 图1信息光子涵盖范畴..............................................................................................1图2信息光子泛化为信息技术全域的硬件基础技术..............................................2图3信息光子赋能各类业务及应用、价值链不断延伸..........................................2图4全球光子产业市场规模......................................................................................6图5信息光子发展阶段与成熟度..............................................................................7图6光连接高速率发展趋势......................................................................................8图7多技术助力传输容量和交换容量提升............................................................12图8新型光纤需要光电芯片器件配套使用.............................................................13图9光连接应用场景不断扩展................................................................................15图10片间光互连典型应用场景..............................................................................17图11光连接未来五至十年发展趋势......................................................................23图12光计算技术体系框架......................................................................................25图13基于光电混合架构的光计算系统..................................................................25图14光计算产业链..................................................................................................31图15光存储技术体系框架......................................................................................33图16光存储与电存储对比.......................................................................................34图17易失性和非易失性光存储器的性能对比......................................................35图18光算存未来五至十年发展趋势......................................................................37图19车载激光雷达的原理和系统结构分类..........................................................40图20光采集未来五至十年发展趋势....................