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シリコンフォトニクス、LPO/LROおよびNPO/CPO:2027年~2037年の世界市場

シリコンフォトニクス、LPO/LROおよびNPO/CPO:2027年~2037年の世界市場


Silicon Photonics, LPO/LRO and NPO/CPO: Global Market 2027-2037

シリコンフォトニクスとは、従来の電子機器の製造と同じ製造インフラを用いて、光の生成、変調、ルーティング、検出といった光機能をシリコンチップ上に直接構築する技術である。この技術は、その歴史の大... もっと見る

 

 

出版社
Future Markets, inc.
フューチャーマーケッツインク
出版年月
2026年7月2日
電子版価格
GBP1,100
ベーシックライセンス (PDF)
ライセンス・価格情報/注文方法はこちら
納期
PDF:3-5営業日程度
ページ数
487
図表数
259
言語
英語

 

サマリー

シリコンフォトニクスとは、従来の電子機器の製造と同じ製造インフラを用いて、光の生成、変調、ルーティング、検出といった光機能をシリコンチップ上に直接構築する技術である。この技術は、その歴史の大部分において、効率向上――つまり、銅配線よりも高速かつ低消費電力でデータを伝送する方法――として理解されてきた。 2026年までに、その捉え方はもはや市場の実情を反映しなくなっている。人工知能(AI)やハイパフォーマンス・コンピューティング(HPC)では、チップ、サーバー、ラック間で膨大な量のデータを驚異的な速度で転送する必要があり、現在のアクセラレータ・アーキテクチャは銅製相互接続を物理的な限界まで追い込んでいる。 その結果、相互接続のボトルネックが発生し、高価で消費電力の大きいアクセラレータは、演算を行うどころか、データを待つだけで遊休状態になっている。シリコンフォトニクスは、電子ではなく光子を用いて情報を伝送する、業界の構造的な解決策となっている。光子は電子よりも高速で、距離による信号損失がはるかに少なく、チャネルあたりの情報量も多い。 光トランシーバーは、依然として業界を牽引するアプリケーションである。データ転送速度は数年ごとに倍増しており――100G、200G、400G、 800G――とデータ転送速度は数年に一度倍増しており、2026年には1.6テラビットのトランシーバーが商用化され、2027年頃には3.2Tのサンプル提供が予定され、2030年代初頭には6.4Tが登場する見込みです。 伝送速度が上昇するにつれ、光エンジンとスイッチやアクセラレータASIC間の短い銅配線さえも性能のボトルネックとなる。そのため、コパッケージド・オプティクス(CPO)やニアパッケージ・オプティクス(NPO)――光エンジンをASIC基板上に配置する技術―― が、リンクから消費電力の大きいDSPを排除するリニアドライブ・プラグガブルおよび受信光学部品(LPO/LRO)と並んで、この10年のパッケージング分野における中心的な話題となっている。
 
市場全体を形作っている根本的な制約があります。シリコンの間接バンドギャップにより、実用的な純シリコンレーザーを構築することは不可能です。この制約が、III-V族、ニオブ酸リチウム、窒化ケイ素、ポリマー、プラズモニクスといった相補的な材料プラットフォームや、異種集積技術のエコシステムを生み出しました。 データ通信分野以外にも、フォトニック量子コンピューティングは信頼性の高い商用セグメントへと成熟し、室温での動作とCMOSファウンドリとの互換性のおかげで、2025年には約21億米ドルの民間資本を集め、超伝導システムを凌駕することになるでしょう。 さらに、通信、FMCW LiDARおよびセンシング、ならびに生物医学用途からも需要が生まれています。
 
『シリコンフォトニクス、LPO/LROおよびNPO/CPO:2027-2037年の世界市場』は、2027年から2037年までの予測期間における、シリコンフォトニクスおよびフォトニック集積回路(PIC)業界に関する包括的な市場・技術評価です。 本レポートは、転換点に差し掛かっている現状を明らかにしている。銅配線の限界が露呈し、AIインフラがかつてない帯域幅を要求する中、シリコンフォトニクスは単なる効率改善から、次世代データ伝送の構造的基盤へとその役割をシフトさせている。本レポートは、市場を2つの需要の原動力―― AI主導のデータ通信と、新たに商用化されたフォトニック量子分野――を軸に市場を捉え、コパッケージド・オプティクス(CPO)、ニアパッケージ・オプティクス(NPO)、およびリニアドライブ・プラグイン型および受信用オプティクス(LPO/LRO)への移行を定量的に分析しています。
 
本分析では、詳細な技術解説と、セグメント別のきめ細かな予測を組み合わせています。  データ通信以外にも、本レポートでは競合および補完的なプラットフォーム、「銅の壁」とビーチフロント密度の危機、製造上の課題と東南アジアへの生産能力シフト、異なるCPOエコシステム(NVIDIA対Broadcom)とTSMCのCOUPEプラットフォーム、さらに通信、AIおよびコンピューティング、量子、 LiDARおよびセンシング、バイオメディカル、計測機器、防衛、マイクロ波フォトニクスに及ぶアプリケーション市場を網羅しています。エコシステム市場マップ、地域別分析、160社の詳細な企業プロファイルが含まれており、相互接続の変革を乗り切る投資家、チップおよびシステムベンダー、ハイパースケーラー、ファウンドリ、部品サプライヤーにとって、意思決定に役立つ参考資料となっています。
 
主な内容は以下の通りです:
 
  • CPOおよび広義の市場ベースにおける市場規模と2027年~2037年の予測(ベースシナリオ/強気シナリオ/弱気シナリオ、出荷台数、CAGRを含む)
  • シリコンフォトニクス技術の基礎解説:PIC、光I/Oおよびカプラー、レーザーおよび光源、光検出器、III-V系集積、変調器およびマッハ・ツェンダー干渉計、導波路、および光部品密度
  • トランシーバーの進化ロードマップ(100G → 1.6T → 3.2T → 6.4T):フォームファクタ、プロセスノード、消費電力、Gbpsあたりのコスト
  • CPO、NPO、およびLPO/LROアーキテクチャ;スケールアウト対スケールアップ;NVIDIAおよびBroadcomのエコシステム;TSMC COUPEパッケージング
  • 競合/補完的なプラットフォーム:III-V系、ニオブ酸リチウム、窒化ケイ素、ポリマー、メタフォトニクス、プラズモニクス
  • 構造的なテーマ:銅の壁とビーチフロント密度の危機、フォトニックAIアクセラレーション、および東南アジアへの製造拠点のシフト
  • アプリケーション分野:データ通信、電気通信、AIおよびコンピューティング、量子、LiDARおよびセンシング、生物医学、計測・計量、防衛・航空宇宙、エネルギー・産業、民生用、マイクロ波フォトニクス
  • 製造、パッケージング、結合、歩留まり、およびサプライチェーンの課題
  • 地域別分析(北米、アジア太平洋、欧州、その他の地域)および研究機関 
  • エコシステム市場マップおよびバリューチェーン全体にわたる160社の企業プロファイル(Accelink Technologies、Aeva Technologies、AEPONYX、アドバンテスト、AIM Photonics、AIO Core、アリババクラウド、アマゾン(AWS)、ANSYS、Advanced Micro Foundry(AMF)、Amkor Technology、AMO GmbH、 Analog Photonics、Anello Photonics、Aryballe、ASE Technology Holdings、Aurora Innovation、Avicena、Axalume、Ayar Labs、Baidu、Bay Photonics、BE Epitaxy Semiconductor、Broadcom、Black Semiconductor、Broadex Technologies、CamGraPhIC、CEA-Leti、 セントラ・フォトニクス、ケンブリッジ・インダストリーズ・グループ(CIG)、シスコ、コヒーレント、コンパウンドテック、クリーライツ・テクノロジー、クレド・テクノロジー・グループ、サイバーリッジ、デンズライト、エフェクト・フォトニクス、エオプトリンク、 エフォス、ファブリネット、ファスト・フォトニクス、深セン・ファイバートップ・テクノロジー、フィコンテック、FOCI(ファイバー・オプティカル・コミュニケーション社)、フォームファクター、 富士通、Genalyte、Gigalight、GlobalFoundries、広州CanSemi Technology、HGGenuine、Hisense Broadband Multimedia Technologies、HyperLight、HyperPhotonix、ICON Photonics、インテル、imec、Infleqtion、iPronics、JCET Group、Ki3 Photonics など…..


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目次

1              目的と範囲    35  2              エグゼクティブ・サマリー    36 2.1    市場の概要    36 2.2    電子集積とフォトニック集積の比較    40 2.3    シリコンフォトニック・トランシーバーの進化    40 2.4    市場マップ    41 2.5    シリコンフォトニクスの世界市場動向    44 2.6    競合および補完的なフォトニクス技術    45 2.6.1    メタフォトニクス    48 2.6.2    III-V フォトニクス    48 2.6.3    ニオブ酸リチウムフォトニクス    48 2.6.4    ポリマーフォトニクス    48 2.6.5    プラズモニクス    49 2.7    フォトニック AI アクセラレーションの可能性    49 2.8    「銅の壁」と「ビーチフロント密度」の危機    50 2.9    東南アジアへの製造能力のシフト    50 2.10    シリコンフォトニクスの商用展開    50 2.11    コパッケージド・オプティクス    52 2.11.1    異なる CPO エコシステム:NVIDIA と Broadcom    52 2.11.2    TSMC の COUPE パッケージング・プラットフォーム    52 2.12    製造上の課題    52 2.13    市場機会    55 2.14    地域ごとの強みと研究の重点分野    55  3              シリコンフォトニクスの概要    56 3.1    シリコンフォトニクスとは?    56 3.1.1    シリコンフォトニクスの定義と原理    56 3.1.2    従来の技術との比較    57 3.1.3    シリコンおよびフォトニック集積回路    60 3.1.4    光I/O、 結合および結合器    63 3.1.5    発光および光子源/レーザー    64 3.1.6    検出および光検出器    64 3.1.7    化合物半導体レーザーおよび光検出器(III-V)    65 3.1.8    変調、変調器、およびマッハ・ツェンダー干渉計    66 3.1.8.1    新しい変調器技術    67 3.1.9    光の伝搬と導波路    68 3.1.10    光学部品の高集積化    69 3.2    シリコンフォトニクスの利点    70 3.3    シリコンフォトニクスの応用    70 3.4    他のフォトニック集積技術との比較    71 3.5    電子集積からフォトニック集積への進化    72 3.6    シリコンフォトニクス対従来のエレクトロニクス    73 3.7    現代の高性能 AI データセンター    74 3.8    コア技術コンポーネント    77 3.8.1    光 I/O、 結合およびカプラー    77 3.8.2    発光および光子源/レーザー    78 3.8.2.1    III-V系集積化の課題    79 3.8.2.2    レーザー集積化の手法    79 3.8.3    検出および光検出器    80 3.8.4    変調技術    80 3.8.4.1    マッハ・ツェンダー干渉計    81 3.8.4.2    リング変調器    81 3.8.4.3    競争上の差別化要因としてのマイクロリング変調器    82 3.8.5    光の伝搬と導波路    82 3.8.6    光学部品の密度    82 3.9    基本的な光データ伝送    84  4              材料と部品    86 4.1    シリコン    86 4.1.1    フォトニック材料としてのシリコン    86 4.1.1.1    シリコンの光学特性    87 4.1.1.2    シリコンフォトニクスの製造プロセス    87 4.1.2    絶縁体上シリコン(SOI)    88 4.1.2.1    SOI 製造プロセス    92 4.1.2.2    SOIの主要企業    95 4.2    ゲルマニウム    96 4.2.1    シリコンフォトニクスにおけるゲルマニウムの統合    96 4.2.2    ゲルマニウム光検出器    96 4.2.3    シリコン上ゲルマニウム変調器    97 4.3    窒化ケイ素    97 4.3.1    フォトニクス集積回路における窒化ケイ素(SiN)    97 4.3.2    SiNの光学特性と製造    99 4.3.3    SiN変調器技術    99 4.3.4    フォトニクス集積回路における SiN の応用    100 4.3.5    SiN 変調器技術の進歩    101 4.3.6    SiN ベースの導波路およびデバイス    101 4.3.7    SiN の性能分析    102 4.3.8    フォトニクスにおける SiN の応用    103 4.3.9    SiN PIC プレーヤー    103 4.3.10    主要な SiN ファウンドリ    106 4.4    ニオブ酸リチウム薄膜 (TFLN)    109 4.4.1    概要    109 4.4.2    絶縁体上ニオブ酸リチウム(LNOI)    110 4.4.2.1    LNOI 技術の概要    110 4.4.2.2    LNOI の特性と性質    111 4.4.2.3    LNOI の製造プロセス    111 4.4.2.4    LNOI ベースの変調器およびスイッチ技術    112 4.4.2.5    高速化と電力効率の向上に向けた動向    112 4.4.2.6    高速 LNOI 変調器    113 4.4.2.6.1    エネルギー効率に優れた LNOI デバイス    114 4.4.2.6.2    新たな LNOI デバイス技術    114 4.5    リン化インジウム    115 4.5.1    リン化インジウム (InP) の集積化    115 4.5.1.1    直接バンドギャップ半導体としての InP    115 4.5.1.2    InP ベースの能動素子    116 4.5.1.3    InP とシリコンフォトニクスのハイブリッド集積    116 4.5.2    InP PIC メーカー    116 4.6    チタン酸バリウムおよび希土類金属    117 4.6.1    チタン酸バリウム(BTO)変調器    118 4.7    シリコン上の有機ポリマー    119 4.7.1    ポリマーベースの変調器    120 4.8    ウェーハ加工    120 4.8.1    プラットフォーム別のウェーハサイズ    120 4.8.2    プロセッシング上の課題    121 4.8.3    歩留まり管理    121 4.9    ハイブリッドおよびヘテロジニアス統合    122 4.9.1    モノリシック統合    122 4.9.2    ハイブリッド集積    123 4.9.3    異種集積    123 4.9.4    III-V-on-Silicon    123 4.9.5    ボンディングおよびダイアタッチメント技術    123 4.9.6    モノリシック統合とハイブリッド統合の比較    124  5              先進パッケージング技術    126 5.1    パッケージング技術の進化    126 5.1.1    従来のパッケージング手法    129 5.1.2    先進パッケージングのロードマップ    130 5.1.3    主要な性能指標    132 5.2    2.5D 統合技術    133 5.2.1    シリコン・インターポーザー技術    134 5.2.2    有機基板の選択肢    136 5.3    3D 統合アプローチ    136 5.3.1    シリコン貫通ビア (TSV)    137 5.3.1.1    TSV 製造プロセス    138 5.3.1.2    TSV の課題と解決策    139 5.3.2    ハイブリッドボンディング技術    140 5.3.2.1    Cu-Cu ボンディング    141 5.3.2.2    ダイレクトボンディング    141 5.4    コパッケージド・オプティクス(CPO)    142 5.4.1    CPO アーキテクチャの概要    142 5.4.2    メリットと課題    142 5.4.3    統合アプローチ    144 5.4.3.1    2D 統合    144 5.4.3.2    2.5D 統合    145 5.4.3.3    3D 統合    145 5.4.4    熱管理    146 5.4.5    光結合ソリューション    146 5.5    光アライメント    147 5.5.1    アクティブアライメントとパッシブアライメント    147 5.5.2    結合効率    148 5.6    製造上の課題    148  6              AI向け光インターコネクトアーキテクチャ: プラグアブル、LPO/LRO、NPO、CPO    151 6.1    大規模言語モデル(LLM)の台頭と課題    151 6.1.1    AIおよび生成AIの爆発的な成長    151 6.1.1.1    歴史的背景と加速    151 6.1.1.2    演算需要の拡大    151 6.1.1.3    生成AI市場の拡大    151 6.1.2    現代の高性能 AI データセンターの要件    154 6.1.2.1    演算密度の要件    154 6.1.2.2    ネットワークトポロジの要件    154 6.1.2.3    可用性および信頼性の要件    154 6.1.3    NVIDIA の最先端 AI システム    155 6.1.3.1    DGX H100 および HGX H100    155 6.1.3.2    Blackwell および Rubin アーキテクチャ    156 6.1.4    スイッチ:現代のデータセンターにおける主要コンポーネント    157 6.1.4.1    AI データセンターにおけるスイッチの階層構造    157 6.2    スケールアップ、 スケールアウト、およびスケールアクロス・ネットワーク    159 6.2.1    スケールアップ・ネットワーク:GPU間相互接続    159 6.2.1.1    NVIDIA NVLinkの実装    159 6.2.2    スケールアウト・ネットワーク: ラック間通信    160 6.2.2.1    イーサネットベースのスケールアウト    160 6.2.2.2    AI 向け InfiniBand    161 6.2.2.3    スケールアウトにおける CPO の価値提案    161 6.2.3    スケールアップ、スケールアウト、およびスケールアクロスの比較    162 6.2.4    ハイエンドデータセンターにおけるネットワークスイッチの相互接続技術のロードマップ    163 6.2.4.1    技術の世代    163 6.2.5    高帯域幅システムにおける SerDes のボトルネック    165 6.2.5.1    SerDes の機能    165 6.2.5.2    チャネル損失の課題    166 6.2.6    高帯域幅システムにおける SerDes のボトルネックに対する解決策    166 6.2.6.1    リニア・ドライブ電子回路    166 6.2.6.2    パッケージ近傍光学系    166 6.2.6.3    共同パッケージ化光学系    167 6.2.7    プラグイン式光学系: 現在のボトルネックと制限事項    167 6.2.7.1    フォームファクタの制約    167 6.2.7.2    電気的インターフェースの制限    167 6.2.8    オンボード光モジュール (OBO)    168 6.2.8.1    CPO アーキテクチャ    170 6.2.8.2    主要な基盤技術    170 6.2.8.3    性能上の利点    171 6.2.8.4    実装上の課題    171 6.2.9    プラグイン式光トランシーバー接続における伝送損失    171 6.2.10    プラグイン式光モジュールと CPO の比較    172 6.2.11    プラグイン式と比較した CPO の設計上の決定事項    173 6.2.12    スイッチ IC の帯域幅の進歩と CPO 技術の必要性    174 6.2.12.1    帯域幅のスケーリングの推移    174 6.2.13    L2 フロントサイド・ネットワークのアーキテクチャ図: CPO 対 非 CPO    176 6.3    ハイエンドデータセンター向けコンピュートスイッチ相互接続(光 I/O)の課題    178 6.3.1    現在の AI システム相互接続における銅線の本数    178 6.3.1.1    NVLink の銅線本数    178 6.3.2    AI における現行の銅線システムの限界    180 6.3.3    NVIDIA の接続方式の選択肢:高帯域幅システムにおける銅線と光ファイバーの比較    181 6.3.3.1    現行世代: 銅線中心    181 6.3.3.2    次世代: 光ファースト    181 6.3.4    戦略的意味合い    182 6.3.5    高帯域幅システムにおける銅線対光インターコネクト:ベンチマーク    182 6.3.6    ハイエンドAIシステムにおける銅線から光インターコネクトへの移行    182 6.3.7    現在の AI システムアーキテクチャ    185 6.3.8    銅線システムを用いた L1 バックサイド・コンピュート・アーキテクチャ    186 6.3.9    光インターコネクトを用いた L1 バックサイド・コンピュート・アーキテクチャ:コパッケージド・オプティクス (CPO)    186 6.4    ハイエンドデータセンターにおける将来の AI システム    188 6.4.1    電力効率の比較:CPO 対 プラグイン式光インターコネクト 対 銅線インターコネクト    188 6.4.1.1    消費電力の内訳    188 6.4.2    60cm データ伝送技術のレイテンシベンチマーク    190 6.4.3    将来の AI アーキテクチャ(短期~中期)    190 6.4.4    将来の AI アーキテクチャ(長期)    193  7              共封装光学素子(CPO)    197 7.1    フォトニック集積回路(PIC)の主要概念    197 7.1.1    フォトニック集積回路(PIC)とは?    197 7.1.1.1    基本的な定義    197 7.1.1.2    材料プラットフォーム    197 7.1.1.3    集積レベル    197 7.1.2    PICとシリコンフォトニクス: その違いとは?    199 7.1.2.1    シリコンフォトニクス:具体的な実装例    199 7.1.2.2    シリコンフォトニクスが CPO を支配する理由    199 7.1.3    PIC アーキテクチャ    201 7.1.3.1    送信パスアーキテクチャ    201 7.1.3.2    受信パスアーキテクチャ    201 7.1.3.3    サポート機能    202 7.1.3.4    PIC の利点と課題    202 7.2    オプティカル・エンジン (OE)    204 7.2.1    オプティカル・エンジンとは?    204 7.2.1.1    光エンジンの構成    204 7.2.1.2    光エンジンとプラグイン可能なトランシーバーの比較    204 7.2.2    光エンジンの仕組み    205 7.2.2.1    送信パスの動作    205 7.2.2.2    受信パスの動作    205 7.2.2.3    重要な性能パラメータ    206 7.2.3    光パワーサプライ    206 7.2.3.1    なぜ外部レーザー光源なのか?    206 7.2.3.2    外部レーザー光源のアーキテクチャ    207 7.2.3.3    光出力の供給    207 7.3    コパッケージド・オプティクスにおける 3 つの重要な概念 (CPO)    207 7.3.1    概念 1:近接統合    207 7.3.2    概念 2:機能の分割    208 7.3.3    概念 3:首尾一貫したエコシステムの開発    208 7.3.4    CPO の主要な技術構成要素    209 7.3.4.1    シリコンフォトニクス PIC    209 7.3.4.2    電子 IC (EIC)    210 7.3.4.3    EIC-PIC 統合    210 7.3.4.4    ファイバーアレイユニット(FAU)    210 7.3.4.5    外部レーザー光源    210 7.3.4.6    高度なパッケージングプラットフォーム    210 7.3.5    CPO の利点: レイテンシの低減    213 7.3.5.1    光インターコネクトにおけるレイテンシの原因    213 7.3.5.2    CPOのレイテンシ面での利点    213 7.3.6    CPOの利点: 消費電力の削減    214 7.3.6.1    消費電力の内訳    214 7.3.6.2    CPOの消費電力が少ない理由    214 7.3.7    CPOのメリット: データレートの向上    216 7.3.7.1    プラグイン式スケーリングの制限    216 7.3.7.2    CPOのスケーリング上の利点    216 7.3.7.3    データレート・スケーリングのロードマップ    216 7.3.7.4    1レーンあたり200Gへの移行とシリコンフォトニクス    217 7.3.7.5    変調器技術のロードマップと新素材    217 7.3.7.6    データレートの向上によって推進されるCPOの技術動向    217 7.3.7.7    波長分割多重(WDM)の適用性    219 7.3.7.8    ファイバー数の物理的限界:ビーチフロント(海岸線)の制約    220 7.3.7.9    WDMチャネル数の増加: 技術的課題    220 7.3.7.10    エンドツーエンドの光リンクバジェット    221 7.3.8    CPOの価値提案の概要    222 7.3.8.1    ハイパースケールデータセンター事業者にとっての価値    222 7.3.8.2    ネットワーク機器ベンダーにとっての価値    222 7.3.8.3    テクノロジー・エコシステムにとっての価値    222 7.3.9    CPO の今後の課題    223 7.3.9.1    製造および歩留まりの課題    223 7.3.9.2    熱管理上の課題    223 7.3.9.3    保守性と信頼性に関する課題    223 7.3.9.4    エコシステムと標準化に関する課題    224 7.3.9.5    コストに関する課題    224 7.3.9.6    試験および製造のスケールアップ    224 7.4    CPO 規格    225 7.4.1    OIF 共同パッケージング・フレームワーク    226 7.4.2    OCI-MSA (Optical Compute Interconnect Multi-Source Agreement)    227 7.4.3    1.6T および 3.2T CPO モジュールに関する OIF 規格    227 7.4.4    外部レーザー・スモール・フォーム・プラガブル(ELSFP)実装契約    228 7.4.5    テレメトリおよび管理    229 7.4.6    OIF の CEI-112G XSR / XSR+ PAM4    229 7.4.7    UCIe 規格と CPO との関係    230 7.4.8    XPO および Open CPX イニシアチブ    232 7.4.9    中間的な道筋としてのニアパッケージ・オプティクス(NPO)    232  8              CO-PACKAGED OPTICS 市場分析    233 8.1    CPO 市場の定義と範囲    233 8.2    CPO 市場の規模と成長予測    233 8.3    スイッチ型CPO市場の分析    234 8.3.1    市場の概要と推進要因    234 8.3.2    導入スケジュールと普及段階    234 8.3.3    出荷台数の予測と市場規模    235 8.3.4    市場の集中度と地域別分布    236 8.3.5    価格の推移とコストの動向    236 8.4    XPU 光 I/O 市場の分析    237 8.4.1    市場の推進要因と価値提案    237 8.4.2    導入のタイムラインとプラットフォームの進化    237 8.4.3    出荷台数および収益の予測    238 8.4.4    プラットフォーム別の市場区分    239 8.4.5    技術要件と差別化    239 8.5    CPO の価格設定とコスト分析    240 8.5.1    現在の価格設定の状況    240 8.5.2    コストの推移と削減要因    240 8.5.3    コストパリティのタイムラインと動向    241 8.5.4    価格戦略への影響    242 8.6    地域ごとの市場動向    243 8.6.1    北米    243 8.6.2    アジア太平洋地域    244 8.6.3    ヨーロッパ    245 8.6.4    その他の地域    246 8.7    総潜在市場(TAM)の分析    247 8.7.1    主要なTAMセグメント    247 8.7.2    サービス提供可能市場 (SAM)    248 8.8    コンポーネント別市場予測    249 8.9    技術世代別市場予測    250 8.9.1    光エンジンの帯域幅の進化    250 8.9.2    世代ライフサイクル分析    251 8.10    市場の制約と障壁    252 8.10.1    製造歩留まりとコスト    252 8.10.2    保守性および現場での交換に関する懸念    253 8.10.3    標準の成熟度と相互運用性    253 8.10.4    サプライチェーンのキャパシティ制約    254 8.10.5    競合する代替案    255 8.11    導入曲線分析    256 8.11.1    技術導入フレームワーク    256 8.11.1.1    イノベーター (2024-2026)    256 8.11.1.2    アーリー・アダプター (2026-2028)    257 8.11.1.3    アーリー・マジョリティ (2028-2031)    258 8.11.1.4    遅れ組(2034年以降)    259 8.11.2    セグメント別の導入曲線    260 8.12    導入の促進要因と阻害要因    261 8.12.1    普及曲線が示唆すること    261 8.13    競争環境の変遷    262 8.13.1    現在の競争上の位置づけ    262 8.13.2    統合デバイスメーカー (IDM)    262 8.13.3    シリコンフォトニクス専門企業    262 8.13.4    ファウンドリ/OSATプロバイダー    262 8.13.5    システムベンダー    263 8.13.6    レーザーサプライヤー    263 8.13.7    競争の動向と市場構造の変遷    264 8.13.7.1    短期的な動向(2025年~2028年)    264 8.13.7.2    予想される変遷(2028年)    264 8.13.7.3    中期的動向(2028-2032)    264 8.13.7.3.1    予想される推移(2032)    265 8.13.7.4    長期的動向 (2032-2037)    265 8.13.7.4.1    予想される推移 (2037)    265 8.13.8    垂直統合の傾向    266 8.13.8.1    統合戦略のフレームワーク    266 8.13.8.1.1    完全な垂直統合    266 8.13.8.1.2    部分的な統合    266 8.13.8.1.3    ファブレス/アセンブリ・ライト    267 8.13.8.1.4    プラットフォーム・プロバイダー    267 8.13.8.2    統合トレンドの戦略的意味合い    269 8.13.9    最近の動向 ? 2026年第1四半期    269 8.13.10    最近の動向 ? 2026年第2四半期    270 8.14    シナリオ分析    271 8.14.1    シナリオの枠組み    271 8.14.2    シナリオの定義    271 8.14.3    強気シナリオ    272 8.14.4    ベースケースシナリオ    272 8.14.5    弱気シナリオ    273 8.14.6    光トランシーバー市場    274 8.14.7    シナリオの比較と主要変数    274  9              2027年~2037年の世界市場規模と予測    276 9.1    主要市場モデル 2027年~2037年    276 9.2    用途別市場セグメンテーション 2027年~2037年    276 9.3    相互接続アーキテクチャ別市場セグメンテーション 2027年~2037年    277 9.4    モジュールおよびPICダイ 2027年~2037年    277 9.4.1    世界のシリコンフォトニクスおよびフォトニック集積回路市場の概要    278 9.4.1.1    市場規模と成長動向    278 9.4.1.2    用途別市場区分    278 9.4.1.3    サーバーボード、CPU、アクセラレータ    279 9.4.1.4    モジュールおよびPIC(ダイ) 市場予測 2027?2037年    279 9.4.1.5    シリコンフォトニクス用SOIウェーハ    280 9.4.1.6    LPO & 2027年~2037年の新しい変調器材料市場予測    280 9.4.2    データ通信アプリケーション    281 9.4.2.1    市場予測    281 9.4.2.1.1    データ通信および通信モジュール、PIC    281 9.4.2.1.2    AI 用 PIC トランシーバー    282 9.4.2.1.3    PIC トランシーバーの価格    282 9.4.2.2    PICトランシーバーのギガビットあたりのコスト    283 9.4.2.3    PICデータ通信用トランシーバー市場    283 9.4.2.4    顧客タイプ別のデータ通信用トランシーバーの収益    284 9.5    量子PIC市場    284 9.5.1. 主な推進要因と制約要因    285 9.5.2    コパッケージド・オプティクス    285 9.5.3    通信用途    286 9.5.3.1    市場予測    286 9.5.3.1.1    5G および 6G 向け PIC ベースのトランシーバー    286 9.5.3.2    主な推進要因と制約要因    287 9.5.4    センシング用途    287 9.5.4.1    市場予測    287 9.5.4.2    主な推進要因と制約要因    288 9.5.5    材料別フォトニック集積回路市場    289  10          サプライチェーン、技術動向、および将来の課題    290 10.1    サプライチェーン分析    290 10.1.1    ファウンドリおよびウェハーサプライヤー    291 10.1.1.1    CMOS ファウンドリ    291 10.1.1.2    特殊フォトニクス・ファウンドリ    292 10.1.1.3    リン化インジウムウェハーの供給    293 10.1.2    統合デバイスメーカー(IDM)    294 10.1.2.1    ファブレス企業    294 10.1.2.2    完全統合型フォトニクス企業    295 10.1.3    ファウンドリおよびウェーハサプライヤ    296 10.1.4    パッケージングおよびテスト    297 10.1.4.1    チップスケールパッケージング    297 10.1.4.2    モジュールレベル・パッケージング    297 10.1.4.3    試験および特性評価    297 10.1.4.4    光モジュール組立: 東南アジアへのシフト    298 10.1.4.5    EMLレーザーの供給不足    298 10.1.5    システムインテグレーターとエンドユーザー    299 10.1.5.1    CPOパートナーエコシステム: NVIDIA と Broadco    300 10.2    技術動向    301 10.2.1    レーザー集積技術    301 10.2.1.1    直接エピタキシャル成長    301 10.2.1.2    フリップチップボンディング    302 10.2.1.3    ハイブリッド集積    302 10.2.1.4    進歩と課題    303 10.2.2    変調器技術    304 10.2.2.1    シリコン変調器    304 10.2.2.2    ゲルマニウム変調器    305 10.2.2.3    ニオブ酸リチウム変調器    305 10.2.2.4    ポリマー変調器    305 10.2.2.4.1    Tower Semiconductor および Lightwave Logic EO-Polymer    306 10.2.3    光検出器技術    306 10.2.3.1    シリコン光検出器    306 10.2.3.2    ゲルマニウム光検出器    307 10.2.3.3    III-V 光検出器    307 10.2.4    導波路および結合の革新    307 10.2.4.1    シリコン導波路    307 10.2.4.2    窒化シリコン導波路    308 10.2.4.3    結合技術    308 10.2.5    パッケージングおよび集積化の進歩    308 10.2.5.1    チップスケール・パッケージング    308 10.2.6    ウェーハスケール・インテグレーション    309 10.2.6.1    3D インテグレーションおよびインターポーザ技術    309 10.3    課題と今後の動向    310 10.3.1    CMOSファウンドリ対応デバイスと集積化    310 10.3.1.1    スケーリングと小型化    311 10.3.1.2    プロセスの複雑さと歩留まりの向上    311 10.3.1.3    エネルギー効率の高いフォトニックデバイス    313 10.3.1.4    熱最適化技術    313 10.3.2    パッケージングとテスト    314 10.3.2.1    高度なパッケージングソリューション    314 10.3.2.2    自動テストおよび特性評価    315 10.3.3    拡張性と費用対効果    315 10.3.3.1    ウェーハスケール集積    316 10.3.3.2    半導体組立・試験の外部委託 (OSAT)    317 10.3.4    新興材料とハイブリッド集積    317 10.3.4.1    新規半導体材料    318 10.3.4.2    異種集積アプローチ    318 10.3.5    技術成熟度評価    319  11          企業プロフィール                322 (160社の企業プロフィール)  12          参考文献    491

 

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Summary

Silicon photonics builds optical functions — the generation, modulation, routing, and detection of light — directly onto silicon chips using the same fabrication infrastructure that produces conventional electronics. For most of its history the technology was understood as an efficiency improvement: a way to move data faster and with less power than copper allows. By 2026 that framing no longer captures the market. Artificial intelligence and high-performance computing require enormous volumes of data to move at tremendous speed between chips, servers, and racks, and current accelerator architectures have pushed copper interconnect to its physical limits. The result is an interconnect bottleneck, in which expensive, power-hungry accelerators sit idle waiting for data rather than computing. Silicon photonics has become the industry's structural answer, moving information in photons rather than electrons — photons travel faster, lose far less signal over distance, and carry more information per channel. Optical transceivers remain the application that drives the industry. Data rates have doubled every few years — 100G, 200G, 400G, 800G — and 2026 saw the commercialisation of 1.6-terabit transceivers, with 3.2T expected to sample around 2027 and 6.4T following in the early 2030s. As rates climb, even the short copper trace between an optical engine and the switch or accelerator ASIC limits performance, which is why co-packaged optics (CPO) and near-package optics (NPO) — moving the optical engine onto the ASIC substrate — have become the central packaging story of the decade, alongside linear-drive pluggable and receive optics (LPO/LRO) that strip power-hungry DSP from the link.
 
A fundamental constraint shapes the whole market: silicon's indirect bandgap means a practical pure-silicon laser cannot be built, which has spawned an ecosystem of complementary material platforms — III-V, lithium niobate, silicon nitride, polymer, plasmonic — and heterogeneous-integration techniques. Beyond datacom, photonic quantum computing has matured into a credible commercial segment, attracting roughly US$2.1 billion in private capital in 2025 and overtaking superconducting systems, thanks to room-temperature operation and CMOS-foundry compatibility. Further demand comes from telecommunications, FMCW LiDAR and sensing, and biomedical uses.
 
Silicon Photonics, LPO/LRO and NPO/CPO: Global Market 2027-2037 is a comprehensive market and technology assessment of the silicon-photonics and photonic-integrated-circuit (PIC) industry across the 2027–2037 forecast period. It arrives at an inflection point: with copper interconnect exhausted and AI infrastructure demanding unprecedented bandwidth, silicon photonics has shifted from an efficiency improvement to the structural foundation of next-generation data movement. The report frames the market around its two demand engines — AI-driven data communications and the newly commercial photonic-quantum segment — and quantifies the transition to co-packaged optics (CPO), near-package optics (NPO), and linear-drive pluggable and receive optics (LPO/LRO).
 
The analysis pairs detailed technology explanation with granular, segmented forecasts.  Beyond datacom, the report covers competing and complementary platforms, the "copper wall" and beachfront-density crisis, manufacturing challenges and the capacity shift to Southeast Asia, divergent CPO ecosystems (NVIDIA vs. Broadcom) and the TSMC COUPE platform, and application markets spanning telecommunications, AI and computing, quantum, LiDAR and sensing, biomedical, instrumentation, defence, and microwave photonics. It includes an ecosystem market map, regional analysis, and 160 detailed company profiles, making it a decision-grade reference for investors, chip and system vendors, hyperscalers, foundries, and component suppliers navigating the interconnect transition.
 
Content covered includes:
 
  • Market sizing and 2027–2037 forecasts on both CPO and broad-market bases, with base/bull/bear scenarios, unit shipments, and CAGRs
  • Silicon-photonics technology primer: PICs, optical I/O and couplers, lasers and photon sources, photodetectors, III-V integration, modulators and Mach-Zehnder interferometers, waveguides, and optical-component density
  • Transceiver evolution roadmap (100G → 1.6T → 3.2T → 6.4T): form factors, process nodes, power, and cost-per-Gbps
  • CPO, NPO, and LPO/LRO architectures; scale-out vs. scale-up; NVIDIA and Broadcom ecosystems; TSMC COUPE packaging
  • Competing/complementary platforms: III-V, lithium niobate, silicon nitride, polymer, metaphotonics, and plasmonics
  • Structural themes: the copper wall and beachfront-density crisis, photonic AI acceleration, and the manufacturing shift to Southeast Asia
  • Application segments: data communications, telecommunications, AI & computing, quantum, LiDAR & sensing, biomedical, instrumentation & metrology, defence & aerospace, energy & industrial, consumer, and microwave photonics
  • Manufacturing, packaging, coupling, yield, and supply-chain challenges
  • Regional analysis (North America, Asia-Pacific, Europe, RoW) and research institutes 
  • Ecosystem market map and 160 company profiles across the value chain including Accelink Technologies, Aeva Technologies, AEPONYX, Advantest, AIM Photonics, AIO Core, Alibaba Cloud, Amazon (AWS), ANSYS, Advanced Micro Foundry (AMF), Amkor Technology, AMO GmbH, Analog Photonics, Anello Photonics, Aryballe, ASE Technology Holdings, Aurora Innovation, Avicena, Axalume, Ayar Labs, Baidu, Bay Photonics, BE Epitaxy Semiconductor, Broadcom, Black Semiconductor, Broadex Technologies, CamGraPhIC, CEA-Leti, Centera Photonics, Cambridge Industries Group (CIG), Cisco, Coherent, CompoundTek, Crealights Technology, Credo Technology Group, CyberRidge, DenseLight, EFFECT Photonics, Eoptolink, Ephos, Fabrinet, Fast Photonics, Shenzhen Fibertop Technology, ficonTEC, FOCI (Fiber Optical Communication Inc.), FormFactor, Fujitsu, Genalyte, Gigalight, GlobalFoundries, Guangzhou CanSemi Technology, HGGenuine, Hisense Broadband Multimedia Technologies, HyperLight, HyperPhotonix, ICON Photonics, Intel, imec, Infleqtion, iPronics, JCET Group, Ki3 Photonics and more.....


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Table of Contents

1             PURPOSE AND SCOPE   35
 
2             EXECUTIVE SUMMARY   36
2.1   Market Overview   36
2.2   Electronic and Photonic Integration Compared   40
2.3   Silicon Photonic Transceiver Evolution   40
2.4   Market Map   41
2.5   Global Market Trends in Silicon Photonics   44
2.6   Competing and Complementary Photonics Technologies   45
2.6.1   Metaphotonics   48
2.6.2   III-V Photonics   48
2.6.3   Lithium Niobate Photonics   48
2.6.4   Polymer Photonics   48
2.6.5   Plasmonic Photonics   49
2.7   Potential of Photonic AI Acceleration   49
2.8   The Copper Wall and the Beachfront-Density Crisis   50
2.9   Manufacturing Capacity Shifts to Southeast Asia   50
2.10   Commercial deployment of silicon photonics   50
2.11   Co-Packaged Optics   52
2.11.1   Divergent CPO Ecosystems: NVIDIA and Broadcom   52
2.11.2   The TSMC COUPE Packaging Platform   52
2.12   Manufacturing challenges   52
2.13   The Market Opportunity   55
2.14   Regional Strengths & Research Focus   55
 
3             INTRODUCTION TO SILICON PHOTONICS   56
3.1   What is Silicon Photonics?   56
3.1.1   Definition and Principles of Silicon Photonics   56
3.1.2   Comparison with traditional technologies   57
3.1.3   Silicon and Photonic Integrated Circuits   60
3.1.4   Optical IO, Coupling and Couplers   63
3.1.5   Emission and Photon Sources/Lasers   64
3.1.6   Detection and Photodetectors   64
3.1.7   Compound Semiconductor Lasers and Photodetectors (III-V)   65
3.1.8   Modulation, Modulators, and Mach-Zehnder Interferometers   66
3.1.8.1   New modulator technologies   67
3.1.9   Light Propagation and Waveguides   68
3.1.10   Optical Component Density   69
3.2   Advantages of Silicon Photonics   70
3.3   Applications of Silicon Photonics   70
3.4   Comparison with Other Photonic Integration Technologies   71
3.5   Evolution from Electronic to Photonic Integration   72
3.6   Silicon Photonics vs Traditional Electronics   73
3.7   Modern high-performance AI data centers   74
3.8   Core Technology Components   77
3.8.1   Optical IO, Coupling and Couplers   77
3.8.2   Emission and Photon Sources/Lasers   78
3.8.2.1   III-V Integration Challenges   79
3.8.2.2   Laser Integration Approaches   79
3.8.3   Detection and Photodetectors   80
3.8.4   Modulation Technologies   80
3.8.4.1   Mach-Zehnder Interferometers   81
3.8.4.2   Ring Modulators   81
3.8.4.3   Micro-Ring Modulators as a Competitive Differentiator   82
3.8.5   Light Propagation and Waveguides   82
3.8.6   Optical Component Density   82
3.9   Basic Optical Data Transmission   84
 
4             MATERIALS AND COMPONENTS   86
4.1   Silicon   86
4.1.1   Silicon as a Photonic Material   86
4.1.1.1   Optical Properties of Silicon   87
4.1.1.2   Fabrication Processes for Silicon Photonics   87
4.1.2   Silicon-on-insulator (SOI)   88
4.1.2.1   SOI Manufacturing Process   92
4.1.2.2   Key SOI Players   95
4.2   Germanium   96
4.2.1   Germanium Integration in Silicon Photonics   96
4.2.2   Germanium Photodetectors   96
4.2.3   Germanium-on-Silicon Modulators   97
4.3   Silicon Nitride   97
4.3.1   Silicon Nitride (SiN) in Photonics Integrated Circuits   97
4.3.2   Optical Properties and Fabrication of SiN   99
4.3.3   SiN Modulator Technologies   99
4.3.4   SiN Applications in Photonics Integrated Circuits   100
4.3.5   Advances in SiN Modulator Technologies   101
4.3.6   SiN-based Waveguides and Devices   101
4.3.7   SiN Performance Analysis   102
4.3.8   Applications of SiN in Photonics   103
4.3.9   SiN PIC Players   103
4.3.10   SiN Key Foundries   106
4.4   Thin Film Lithium Niobate (TFLN)   109
4.4.1   Overview   109
4.4.2   Lithium Niobate on Insulator (LNOI)   110
4.4.2.1   Overview of LNOI Technology   110
4.4.2.2   Characteristics and Properties of LNOI   111
4.4.2.3   LNOI Fabrication Processes   111
4.4.2.4   LNOI-based Modulator and Switch Technologies   112
4.4.2.5   Trends Toward Higher Speed and Improved Power Efficiency   112
4.4.2.6   High-Speed LNOI Modulators   113
4.4.2.6.1   Energy-Efficient LNOI Devices   114
4.4.2.6.2   Emerging LNOI Device Technologies   114
4.5   Indium Phosphide   115
4.5.1   Indium Phosphide (InP) Integration   115
4.5.1.1   InP as a Direct Bandgap Semiconductor   115
4.5.1.2   InP-based Active Components   116
4.5.1.3   Hybrid Integration of InP with Silicon Photonics   116
4.5.2   InP PIC Players   116
4.6   Barium Titanite and Rare Earth metals   117
4.6.1   Barium Titanate (BTO) Modulators   118
4.7   Organic Polymer on Silicon   119
4.7.1   Polymer-based Modulators   120
4.8   Wafer Processing   120
4.8.1   Wafer Sizes by Platform   120
4.8.2   Processing Challenges   121
4.8.3   Yield Management   121
4.9   Hybrid and Heterogeneous Integration   122
4.9.1   Monolithic Integration   122
4.9.2   Hybrid Integration   123
4.9.3   Heterogeneous Integration   123
4.9.4   III-V-on-Silicon   123
4.9.5   Bonding and Die-Attachment Techniques   123
4.9.6   Monolithic versus Hybrid Integration   124
 
5             ADVANCED PACKAGING TECHNOLOGIES   126
5.1   Evolution of Packaging Technologies   126
5.1.1   Traditional Packaging Approaches   129
5.1.2   Advanced Packaging Roadmap   130
5.1.3   Key Performance Metrics   132
5.2   2.5D Integration Technologies   133
5.2.1   Silicon Interposer Technology   134
5.2.2   Organic Substrate Options   136
5.3   3D Integration Approaches   136
5.3.1   Through-Silicon Via (TSV)   137
5.3.1.1   TSV Manufacturing Process   138
5.3.1.2   TSV Challenges and Solutions   139
5.3.2   Hybrid Bonding Technologies   140
5.3.2.1   Cu-Cu Bonding   141
5.3.2.2   Direct Bonding   141
5.4   Co-Packaged Optics (CPO)   142
5.4.1   CPO Architecture Overview   142
5.4.2   Benefits and Challenges   142
5.4.3   Integration Approaches   144
5.4.3.1   2D Integration   144
5.4.3.2   2.5D Integration   145
5.4.3.3   3D Integration   145
5.4.4   Thermal Management   146
5.4.5   Optical Coupling Solutions   146
5.5   Optical Alignment   147
5.5.1   Active vs Passive Alignment   147
5.5.2   Coupling Efficiency   148
5.6   Manufacturing Challenges   148
 
6             OPTICAL INTERCONNECT ARCHITECTURES FOR AI: PLUGGABLES, LPO/LRO, NPO AND CPO   151
6.1   The Rise and Challenges of Large Language Models (LLMs)   151
6.1.1   The Explosive Growth of AI and Generative AI   151
6.1.1.1   Historical Context and Acceleration   151
6.1.1.2   Compute Demand Scaling   151
6.1.1.3   Generative AI Market Expansion   151
6.1.2   Modern High-Performance AI Data Centre Requirements   154
6.1.2.1   Compute Density Requirements   154
6.1.2.2   Network Topology Requirements   154
6.1.2.3   Availability and Reliability Requirements   154
6.1.3   NVIDIA’s State-of-the-Art AI Systems   155
6.1.3.1   DGX H100 and HGX H100   155
6.1.3.2   Blackwell and Rubin Architectures   156
6.1.4   Switches: Key Components in Modern Data Centres   157
6.1.4.1   Switch Hierarchy in AI Data Centres   157
6.2   Scale-Up, Scale-Out, and Scale-Across Networks   159
6.2.1   Scale-Up Networks: GPU-to-GPU Interconnects   159
6.2.1.1   NVIDIA NVLink Implementation   159
6.2.2   Scale-Out Networks: Rack-to-Rack Communications   160
6.2.2.1   Ethernet-Based Scale-Out   160
6.2.2.2   InfiniBand for AI   161
6.2.2.3   CPO Value Proposition for Scale-Out   161
6.2.3   Scale-Up, Scale-Out, and Scale-Across Comparison   162
6.2.4   Roadmap of Interconnect Technology for Network Switches in High-End Data Centres   163
6.2.4.1   Technology Generations   163
6.2.5   SerDes Bottleneck in High-Bandwidth Systems   165
6.2.5.1   SerDes Function   165
6.2.5.2   Channel Loss Challenges   166
6.2.6   Solutions to SerDes Bottlenecks in High-Bandwidth Systems   166
6.2.6.1   Linear-Drive Electronics   166
6.2.6.2   Near-Package Optics   166
6.2.6.3   Co-Packaged Optics   167
6.2.7   Pluggable Optics: Current Bottlenecks and Limitations   167
6.2.7.1   Form Factor Constraints   167
6.2.7.2   Electrical Interface Limitations   167
6.2.8   On-Board Optics (OBO)   168
6.2.8.1   CPO Architecture   170
6.2.8.2   Key Enabling Technologies   170
6.2.8.3   Performance Benefits   171
6.2.8.4   Implementation Challenges   171
6.2.9   Transmission Losses in Pluggable Optical Transceiver Connections   171
6.2.10   Pluggable Optics vs. CPO   172
6.2.11   Design Decisions for CPO Compared to Pluggables   173
6.2.12   Advancements in Switch IC Bandwidth and the Need for CPO Technology   174
6.2.12.1   Bandwidth Scaling Trajectory   174
6.2.13   L2 Frontside Network Architecture Diagram: CPO vs. Non-CPO   176
6.3   Challenges in Compute Switch Interconnects (Optical I/O) for High-End Data Centres   178
6.3.1   Number of Copper Wires in Current AI System Interconnects   178
6.3.1.1   NVLink Copper Cable Count   178
6.3.2   Limitations of Current Copper Systems in AI   180
6.3.3   NVIDIA’s Connectivity Choices: Copper vs. Optical for High-Bandwidth Systems   181
6.3.3.1   Current Generation: Copper-Centric   181
6.3.3.2   Future Generation: Optical-First   181
6.3.4   Strategic Implications   182
6.3.5   Copper vs. Optical for High-Bandwidth Systems: Benchmark   182
6.3.6   Migration from Copper to Optical Interconnects for High-End AI Systems   182
6.3.7   Current AI System Architecture   185
6.3.8   L1 Backside Compute Architecture with Copper Systems   186
6.3.9   L1 Backside Compute Architecture with Optical Interconnect: Co-Packaged Optics (CPO)   186
6.4   Future AI Systems in High-End Data Centres   188
6.4.1   Power Efficiency Comparison: CPO vs. Pluggable Optics vs. Copper Interconnects   188
6.4.1.1   Power Consumption Breakdown   188
6.4.2   Latency of 60cm Data Transmission Technology Benchmark   190
6.4.3   Future AI Architecture (Short to Mid-Term)   190
6.4.4   Future AI Architecture (Long-Term)   193
 
7             CO-PACKAGED OPTICS (CPO)   197
7.1   Photonic Integrated Circuits (PICs) Key Concepts   197
7.1.1   What are Photonic Integrated Circuits (PICs)?   197
7.1.1.1   Fundamental Definition   197
7.1.1.2   Material Platforms   197
7.1.1.3   Integration Levels   197
7.1.2   PICs vs. Silicon Photonics: What are the Differences?   199
7.1.2.1   Silicon Photonics: A Specific Implementation   199
7.1.2.2   Why Silicon Photonics Dominates CPO   199
7.1.3   PIC Architecture   201
7.1.3.1   Transmit Path Architecture   201
7.1.3.2   Receive Path Architecture   201
7.1.3.3   Supporting Functions   202
7.1.3.4   Advantages and Challenges of PICs   202
7.2   Optical Engine (OE)   204
7.2.1   What is an Optical Engine?   204
7.2.1.1   Optical Engine Composition   204
7.2.1.2   Optical Engine vs. Pluggable Transceiver   204
7.2.2   How an Optical Engine Works   205
7.2.2.1   Transmit Path Operation   205
7.2.2.2   Receive Path Operation   205
7.2.2.3   Critical Performance Parameters   206
7.2.3   Optical Power Supplies   206
7.2.3.1   Why External Laser Sources?   206
7.2.3.2   External Laser Source Architectures   207
7.2.3.3   Optical Power Delivery   207
7.3   Three Key Concepts in Co-Packaged Optics (CPO)   207
7.3.1   Concept 1: Proximity Integration   207
7.3.2   Concept 2: Functional Partitioning   208
7.3.3   Concept 3: Coherent Ecosystem Development   208
7.3.4   Key Technology Building Blocks for CPO   209
7.3.4.1   Silicon Photonics PIC   209
7.3.4.2   Electronic IC (EIC)   210
7.3.4.3   EIC-PIC Integration   210
7.3.4.4   Fibre Array Units (FAUs)   210
7.3.4.5   External Laser Source   210
7.3.4.6   Advanced Packaging Platform   210
7.3.5   Benefits of CPO: Latency Reduction   213
7.3.5.1   Sources of Latency in Optical Interconnects   213
7.3.5.2   CPO Latency Advantages   213
7.3.6   Benefits of CPO: Power Consumption Reduction   214
7.3.6.1   Power Consumption Breakdown   214
7.3.6.2   Why CPO Consumes Less Power   214
7.3.7   Benefits of CPO: Data Rate Improvements   216
7.3.7.1   Pluggable Scaling Limitations   216
7.3.7.2   CPO Scaling Advantages   216
7.3.7.3   Data Rate Scaling Roadmap   216
7.3.7.4   The 200G-per-Lane Transition and Silicon Photonics   217
7.3.7.5   Modulator Technology Roadmap and Emerging Materials   217
7.3.7.6   Technology Trends in CPO Driven by Rising Data Rates   217
7.3.7.7   Applicability of Wavelength-Division Multiplexing (WDM)   219
7.3.7.8   Physical Limits on Fibre Count: The Beachfront (Shoreline) Constraint   220
7.3.7.9   Increasing the Number of WDM Channels: Technical Challenges   220
7.3.7.10   The End-to-End Optical Link Budget   221
7.3.8   Overview of Value Proposition of CPO   222
7.3.8.1   Value for Hyperscale Data Centre Operators   222
7.3.8.2   Value for Network Equipment Vendors   222
7.3.8.3   Value for the Technology Ecosystem   222
7.3.9   Future Challenges in CPO   223
7.3.9.1   Manufacturing and Yield Challenges   223
7.3.9.2   Thermal Management Challenges   223
7.3.9.3   Serviceability and Reliability Challenges   223
7.3.9.4   Ecosystem and Standardisation Challenges   224
7.3.9.5   Cost Challenges   224
7.3.9.6   Test and Manufacturing Scale-Up   224
7.4   CPO Standards   225
7.4.1   OIF Co-Packaging Framework   226
7.4.2   OCI-MSA (Optical Compute Interconnect Multi-Source Agreement)   227
7.4.3   OIF Standards for 1.6T and 3.2T CPO Module   227
7.4.4   External Laser Small Form Pluggable (ELSFP) Implementation Agreement   228
7.4.5   Telemetry and Management   229
7.4.6   OIF’s CEI-112G XSR / XSR+ PAM4   229
7.4.7   UCIe Standard and Its Relationship to CPO   230
7.4.8   XPO and Open CPX Initiatives   232
7.4.9   Near-Package Optics (NPO) as an Intermediate Path   232
 
8             CO-PACKAGED OPTICS MARKET ANALYSIS   233
8.1   CPO Market Definition and Scope   233
8.2   CPO Market Size and Growth Projections   233
8.3   Switch CPO Market Analysis   234
8.3.1   Market Overview and Drivers   234
8.3.2   Deployment Timeline and Adoption Phases   234
8.3.3   Volume Projections and Market Sizing   235
8.3.4   Market Concentration and Regional Distribution   236
8.3.5   Pricing Trajectory and Cost Dynamics   236
8.4   XPU Optical I/O Market Analysis   237
8.4.1   Market Drivers and Value Proposition   237
8.4.2   Adoption Timeline and Platform Evolution   237
8.4.3   Volume and Revenue Projections   238
8.4.4   Market Segmentation by Platform   239
8.4.5   Technology Requirements and Differentiation   239
8.5   CPO Pricing and Cost Analysis   240
8.5.1   Current Pricing Landscape   240
8.5.2   Cost Trajectory and Reduction Drivers   240
8.5.3   Cost Parity Timeline and Dynamics   241
8.5.4   Pricing Strategy Implications   242
8.6   Regional Market Dynamics   243
8.6.1   North America   243
8.6.2   Asia-Pacific   244
8.6.3   Europe   245
8.6.4   Rest of World   246
8.7   Total Addressable Market Analysis   247
8.7.1   Core TAM Segments   247
8.7.2   Serviceable Addressable Market (SAM)   248
8.8   Market Forecast by Component   249
8.9   Market Forecast by Technology Generation   250
8.9.1   Optical Engine Bandwidth Evolution   250
8.9.2   Generation Lifecycle Analysis   251
8.10   Market Restraints and Barriers   252
8.10.1   Manufacturing Yield and Cost   252
8.10.2   Serviceability and Field Replacement Concerns   253
8.10.3   Standards Maturity and Interoperability   253
8.10.4   Supply Chain Capacity Constraints   254
8.10.5   Competitive Alternatives   255
8.11   Adoption Curve Analysis   256
8.11.1   Technology Adoption Framework   256
8.11.1.1   Innovators (2024-2026)   256
8.11.1.2   Early Adopters (2026-2028)   257
8.11.1.3   Early Majority (2028-2031)   258
8.11.1.4   Laggards (2034+)   259
8.11.2   Segment-Specific Adoption Curves   260
8.12   Adoption Accelerators and Inhibitors   261
8.12.1   Adoption Curve Implications   261
8.13   Competitive Landscape Evolution   262
8.13.1   Current Competitive Positioning   262
8.13.2   Integrated Device Manufacturers (IDMs)   262
8.13.3   Silicon Photonics Specialists   262
8.13.4   Foundry/OSAT Providers   262
8.13.5   System Vendors   263
8.13.6   Laser Suppliers   263
8.13.7   Competitive Dynamics and Market Structure Evolution   264
8.13.7.1   Near-Term Dynamics (2025-2028)   264
8.13.7.2   Expected Evolution (2028)   264
8.13.7.3   Mid-Term Dynamics (2028-2032)   264
8.13.7.3.1   Expected Evolution (2032)   265
8.13.7.4   Long-Term Dynamics (2032-2037)   265
8.13.7.4.1   Expected Evolution (2037)   265
8.13.8   Vertical Integration Trends   266
8.13.8.1   Integration Strategy Framework   266
8.13.8.1.1   Full Vertical Integration   266
8.13.8.1.2   Partial Integration   266
8.13.8.1.3   Fabless/Assembly-Light   267
8.13.8.1.4   Platform Provider   267
8.13.8.2   Strategic Implications of Integration Trends   269
8.13.9   Recent Developments — Q1 2026   269
8.13.10   Recent Developments — Q2 2026   270
8.14   Scenario Analysis   271
8.14.1   Scenario Framework   271
8.14.2   Scenario Definitions   271
8.14.3   Bull Case Scenario   272
8.14.4   Base Case Scenario   272
8.14.5   Bear Case Scenario   273
8.14.6   Optical transceiver market   274
8.14.7   Scenario Comparison and Key Variables   274
 
9             GLOBAL MARKET SIZE AND FORECASTS 2027–2037   276
9.1   Headline Market Model 2027–2037   276
9.2   Market Segmentation by Application 2027–2037   276
9.3   Market Segmentation by Interconnect Architecture 2027–2037   277
9.4   Modules and PIC Dies 2027–2037   277
9.4.1   Global Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits Market Overview   278
9.4.1.1   Market Size and Growth Trends   278
9.4.1.2   Market Segmentation by Application   278
9.4.1.3   Server Boards, CPUs and Accelerators   279
9.4.1.4   Modules & PICs (Dies) Market Forecast 2027–2037   279
9.4.1.5   SOI Wafers for Silicon Photonics   280
9.4.1.6   LPO & New Modulator Materials Market Forecast 2027–2037   280
9.4.2   Datacom Applications   281
9.4.2.1   Market Forecast   281
9.4.2.1.1   Datacom and Telecom Modules and PICs   281
9.4.2.1.2   PIC Transceivers for AI   282
9.4.2.1.3   PIC Transceiver Pricing   282
9.4.2.2   PIC Transceiver Cost per Gigabit   283
9.4.2.3   PIC Datacom Transceiver Market   283
9.4.2.4   Datacom Transceiver Revenue by Customer Type   284
9.5   Quantum PIC Market   284
9.5.1. Key Drivers and Restraints   285
9.5.2   Co-Packaged Optics   285
9.5.3   Telecom Applications   286
9.5.3.1   Market Forecast   286
9.5.3.1.1   PIC-based Transceivers for 5G and 6G   286
9.5.3.2   Key Drivers and Restraints   287
9.5.4   Sensing Applications   287
9.5.4.1   Market Forecast   287
9.5.4.2   Key Drivers and Restraints   288
9.5.5   Photonic Integrated Circuit Market, by Material   289
 
10          SUPPLY CHAIN, TECHNOLOGY TRENDS AND FUTURE CHALLENGES   290
10.1   SUPPLY CHAIN ANALYSIS   290
10.1.1   Foundries and Wafer Suppliers   291
10.1.1.1   CMOS Foundries   291
10.1.1.2   Specialty Photonics Foundries   292
10.1.1.3   Indium Phosphide Wafer Supply   293
10.1.2   Integrated Device Manufacturers (IDMs)   294
10.1.2.1   Fabless Companies   294
10.1.2.2   Fully Integrated Photonics Companies   295
10.1.3   Foundries and Wafer Suppliers   296
10.1.4   Packaging and Testing   297
10.1.4.1   Chip-Scale Packaging   297
10.1.4.2   Module-Level Packaging   297
10.1.4.3   Testing and Characterization   297
10.1.4.4   Optical Module Assembly: The Shift to Southeast Asia   298
10.1.4.5   The EML Laser Shortage   298
10.1.5   System Integrators and End-Users   299
10.1.5.1   CPO Partner Ecosystems: NVIDIA and Broadco   300
10.2   TECHNOLOGY TRENDS   301
10.2.1   Laser Integration Techniques   301
10.2.1.1   Direct Epitaxial Growth   301
10.2.1.2   Flip-Chip Bonding   302
10.2.1.3   Hybrid Integration   302
10.2.1.4   Advances and Challenges   303
10.2.2   Modulator Technologies   304
10.2.2.1   Silicon Modulators   304
10.2.2.2   Germanium Modulators   305
10.2.2.3   Lithium Niobate Modulators   305
10.2.2.4   Polymer Modulators   305
10.2.2.4.1   Tower Semiconductor and Lightwave Logic EO-Polymer   306
10.2.3   Photodetector Technologies   306
10.2.3.1   Silicon Photodetectors   306
10.2.3.2   Germanium Photodetectors   307
10.2.3.3   III-V Photodetectors   307
10.2.4   Waveguide and Coupling Innovations   307
10.2.4.1   Silicon Waveguides   307
10.2.4.2   Silicon Nitride Waveguides   308
10.2.4.3   Coupling Techniques   308
10.2.5   Packaging and Integration Advancements   308
10.2.5.1   Chip-Scale Packaging   308
10.2.6   Wafer-Scale Integration   309
10.2.6.1   3D Integration and Interposer Technologies   309
10.3   CHALLENGES AND FUTURE TRENDS   310
10.3.1   CMOS-Foundry-Compatible Devices and Integration   310
10.3.1.1   Scaling and Miniaturization   311
10.3.1.2   Process Complexity and Yield Improvement   311
10.3.1.3   Energy-Efficient Photonic Devices   313
10.3.1.4   Thermal Optimization Techniques   313
10.3.2   Packaging and Testing   314
10.3.2.1   Advanced Packaging Solutions   314
10.3.2.2   Automated Testing and Characterization   315
10.3.3   Scalability and Cost-Effectiveness   315
10.3.3.1   Wafer-Scale Integration   316
10.3.3.2   Outsourced Semiconductor Assembly and Test (OSAT)   317
10.3.4   Emerging Materials and Hybrid Integration   317
10.3.4.1   Novel Semiconductor Materials   318
10.3.4.2   Heterogeneous Integration Approaches   318
10.3.5   Technology Readiness Assessment   319
 
11          COMPANY PROFILES                322 (160 company profiles)
 
12          REFERENCES   491

 

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