信息光子技术发展与应用研究报告（2024年）.docx

No.202410

信息光子技术发展与应用

研究报告

(2024年)

中国信息通信研究院2024年12月

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必威体育精装版研究应用进展、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）光电混合架构占据主流，算法不断优化 24

（二）应用需找准定位，实用领域将不断扩展 29

（三）产业生态尚不成熟，布局重点出现转移 31

（四）存储性能不断提升，距离实用道阻且长 33

（五）未来将向集成、融合、泛在等趋势演进 36

四、光采集领域研究与应用进展 38

（一）光采集技术向集成化与分布式双向演进 38

（二）车载激光雷达路径多元化集成趋势明显 40

（三）生物医疗光传感前沿方向正在广泛探索 42

（四）分布式光纤传感是长距场景的理想方案 43

（五）未来十年关键指标与成熟程度不断提升 46

五、光呈现领域研究与应用进展 47

（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