摩爾定律終結以後：光子學取代電子學，PDA取代EDA

　　過去，咱們將年度預測重點放在電子產品（IC 和 EDA）上，可是最近將重點轉向了光子學，所以我對 2020 年的預測主要集中在這一領域。
　　從歷史上看，光子學一直是砷化鎵技術。過去，如今和未來將永遠是將來的技術。分析師們永遠在預測光子學的興起。明年，隨着摩爾定律在電子領域的終結或放慢，光子學將自成一體，進入其發展的曲棍球棒階段。儘管光子學以驚人的速度在咱們的技術生態系統中扮演着愈來愈重要的角色，但還沒有實現爆炸性的增加。
　　分析師永遠都在預測光子學的崛起;明年，隨着摩爾定律在電子領域的終結或放緩，光子學將確立本身的地位，進入發展的曲棍球棒階段（曲棍球棒效應(Hockey-stick Effect)，是指在某一個固定的週期，前期銷量很低，到期末銷量會有一個突發性的增加，並且在連續的週期中，這種現象會周而復始，其需求曲線的形狀相似於曲棍球棒，所以在供應鏈管理中被稱爲曲棍球棒現象）。雖然光子學正以驚人的速度在咱們的技術生態系統中扮演着愈來愈重要的角色，但預計的爆炸性增加尚未發生。 
　　這是爲何？有幾個緣由。首先，光子學不符合摩爾定律：光的波長就是光的波長。這是一個常數。它並非每兩年就減半，所以摩爾定律所驅動的電子學領域的驚人進步只是不適用於光子學。
　　接下來，電子工程師將一如既往地聰明，每當摩爾定律宣告即將終結之時，就會有新的辦法出現，工程師們不斷地突破電子領域曾經被認爲是不可逾越的障礙。所以，用光子學代替電子學的應用仍然被愈來愈聰明的電子設計所取代。用光子學取代電子學可能還是不可避免的，但時間軸仍在向前移動。
　　最後，在過去的半個世紀裏，電子學已經發展成爲今天覆雜的、運轉良好的設計和製造生態系統，但這種發展尚未發生在光子學上。今天的光子學生態系統仍然與 20 世紀 80 年代早期的電子生態系統最爲類似。
　　2019 年，更多的大公司收購了主要的光電子供應商，好比思科收購了 Luxtera，如今又收購了 Acacia Communications, II-VI 收購了全球領先的光通信產品供應商 Finisar，博通從富士康收購了它們的光收發設備資產。許多人認爲這一趨勢是認可光子學時代的到來，以及主要電信供應商須要提供領先的光子學解決方案。
　　那今年呢？光子學會在 2020 年成爲焦點嗎？接下來咱們將預測幾種會影響該拐點到來時間的趨勢。
　　在愈來愈短的距離內，光子學變得愈來愈重要，而後成爲主流，最後成爲主導。現在，電信運營商已經過光纖向您的家庭和商務旅行提供了數公里的遠距離通訊。如今，光子學已經轉移到數據中心。全球範圍內的大型超大規模數據中心在功耗、成本、熱量、帶寬和數據延遲方面都處於掙扎狀態。用光纖代替銅線解決了全部這些問題。與銅相比，光纖更便宜，速度更快，延遲更短，帶寬更高，而且消耗的功率更少，從而下降了熱量和電力成本。
　　數據中心機架之間的光纖接管已基本完成，而且光纖已移至同一機架中的互連服務器上。所以，光子學已經從在一千米距離的主導地位，發展到十米距離的程度，再到一米距離。到 2020 年，光子集成電路（PIC）將會在市場上變得更加廣泛，從而使光子學在毫米距離內變得有意義。目前正在進行將包括激光器在內的光子學與電子芯片集成的工做，將光子學的相關性下降到微米距離。
　　隨着以太網數據傳輸速度在 2020 年繼續從 100G 遷移到 200G，光子學在光纖任一端所需的收發器中變得愈來愈有吸引力。100G 的擴展工做已經基本完成。到 2020 年，過渡到 200G 的工做將會順利進行，早期採用者將過渡到 400G。經過巧妙的工程設計，電子產品能夠 100G 的速度繼續良好運行，但光子已經具備了競爭力，而且市場上有許多 100G 光子收發器設計可供選擇。咱們將從 IC 設計師那裏看到更多的聰明才智，可是在 400G 時，電子產品將失去對收發器市場的更多控制，而光子學將開始從相關性向普及性發展。到咱們達到 800G 和 1T 的時（注：這個要到之後至關長的時間才能夠達到）時，光子技術將佔主導地位，將幾乎找不到電子收發器。
　　FANG（Facebook，Amazon / Apple，Netflix，Google）的光子學設計團隊將專一於根據本身的規格調整光子收發器，這將加速光子在數據中心的主導地位。運營着龐大的數據中心，他們將從光子設計中得到巨大的利益，光子設計能夠知足他們的特殊需求，就像咱們看到的尖牙設計他們本身的集成電路同樣。到 2020 年，咱們可能看不到這項活動的成果，但它將顯著提升世界光子設計能力，加速商業光子生態系統的演化。
　　現在的光子代工廠主要由小型商業或研發型晶圓廠所主導，例如 SMART Photonics，LionX，Ligentec，imec，Leti 和 AIM，它們一般是面向研發或提供 MPW，而不是大規模的商業化生產。雖然固態晶圓廠在其光電子產品(如用於激光的磷化銦)方面處於領先地位，但這些晶圓廠目前還不具有推進大型商業市場的能力，並且它們尚未機會發展大型半導體晶圓廠在過去幾十年裏創建起來的極端客戶支持流程。
　　FANG 是世界領先的半導體代工廠的主要客戶。這些代工廠注意到光子設計項目的增長，已經進入或正在考慮進入光子業務。這些工廠將利用其生產知識，經驗和技能來構建成熟的生態系統，從而加快其商業化進程。
　　在過去的幾年中，TowerJazz 和 GlobalFoundries 等領先的半導體代工廠開始爲光子學業務提供服務。到 2020 年，其餘主要的半導體代工廠將進入光子學業務。這些代工廠的新進加入將加快硅光子學的商業化應用。光子學爲半導體代工廠提供的一個吸引人的優點是不須要尖端技術，所以不須要大規模的電子產品研發和資本投資。相反，光子學能夠利用徹底資本化的半導體制造設備來得到可觀的利潤。
　　光子學成熟的一個指標是代工廠的工藝開發套件（PDK）的出現。第一個光子 PDK 大約在兩年前就出現了，隨着代工廠提供針對各類設計工具的 PDK，它們開始變得流行起來。與半導體代工廠提供的庫相比，這些 PDK 還比較原始，但它們是商業化光子生態系統成熟的重要且重要的一步，須要在代工廠和光子設計自動化（PDA）公司之間創建牢固的合做關係。他們一塊兒生產新的 PDK，並推進現有 PDK 的發展。隨着更多光子 IC 的製造和測試，愈來愈多的數據可用於統計分析。2020 年將出現基於統計的 PDK，在更高級的 PDA 仿真工具中啓用蒙特卡洛和工藝角靜態分析。這將致使更穩健的設計，新的重點放在可製造性上，這是光子學商業化的另外一個要求。
　　成熟的 EDA 供應商正在注意到新興的光電子市場。他們提供針對該市場的設計工具，並與領先的 PDA 公司結成關鍵聯盟，以提供完整的集成設計流程。去年，Mentor 推出了 LightSuite Photonic Compiler，同時利用其 Tanner 工具提供原理圖和佈局。Cadence 經過 CurvyCore 引入了曲線功能，以啓用其業界領先的定製設計平臺 Virtuoso 用於光子學。Mentor 和 Cadence 都將其設計流程與領先的光子仿真提供商 Lumerical 集成在一塊兒。例如，Cadence 提供了協同仿真功能，使整個設計流程可以經過 Virtuoso 進行驅動。Synopsys 則採起了更多的獨立戰略。
　　咱們預計主要的 EDA 供應商的加入預示着 PDA 工具的價格將會更高。流行的 EDA 工具的平均售價要比 PDA 工具高不少。這種不平衡不是長期可持續的，由於它將阻礙對 PDA 的所需投資以及 PDA 公司在新的 EPDA 環境中競爭的能力。儘管更改不會忽然發生，但它將是一致的。
　　去年出現了集成的電子-光子設計自動化（EPDA）流程，到 2020 年，隨着增長的統計和製造設計（DFM）功能，它們將變得更加複雜。統計方面的考慮將須要更多的計算能力，所以在 2020 年，咱們還將看到高性能計算應用於 PDA，Amazon AWS 和 Microsoft Azure 成爲經過利用其數據中心中的全部這些光子在雲中提供光子的重要參與者。
　　與電子產品相比，光子設計僅包含一些精心製做的組件。代工廠提供的 PDK 中能夠找到許多這些組件，可是每一個前沿光子設計將始終包含一些更通用的代工廠 PDK 沒法提供的關鍵組件。這爲一些定位良好的公司提供了創建光子 IP（PIP）業務的機會。管理完善，擁有卓越光子設計能力和專一力的公司，以及廉價得到設計工具的機會，極可能帶動這一市場的興起。憑藉對光子設計的不懈努力，這些公司將提供卓越的設計。但願提供領先的光子設計的公司將與這些 PIP 供應商合做，將其組件設計外包，以便將本身的資源集中在其餘增值領域，例如整個 PIC 設計。在起步階段，PIP 業務可能會與定製設計服務保持業務類似性。
　　光子學設計方法學的突破將提供更高質量，更可製造的設計，而且將下降障礙，所以光子學設計再也不須要物理學博士學位。更好的設計將推進光子學能夠競爭並贏得競爭的應用。合格的設計師將使公司擁有更大的能力來配備其光子學設計團隊，從而致使更大的競爭，從而帶來更好的產品和更快的發展。
　　咱們已經看到來自斯坦福大學和 Lumerical 與開源社區合做的消息來源的光子逆設計的影響。咱們開始看到，經過大大改進的品質因數，大大縮短了設計週期，組件設計能夠更簡單地完成。
　　即便是最好發佈的設計，咱們也看到了改進，一般須要幾天的時間才能完成。咱們看到組件的數量級改進。Photonic Inverse Design 的簡化的自動化設計方法將取代今天的手動迭代過程，並將在 2020 年應用於各類光子組件。PhotonicInverse Design 對光子學的影響將相似於邏輯綜合對 IC 設計的影響。 1980 年代。這將擴大合格的光子學設計人員的圈子，並加快光子學設計的上市時間。咱們認爲向光子逆設計的過渡相似於提升設計師工做的抽象水平。正如提升 IC 設計的抽象水平釋放了 IC 設計人員的工做量同樣，
　　<strong>光子學的應用</strong>
　　<strong>收發器：</strong>2020 年將繼續光子學在數據中心的接管趨勢。在 2020 年，當咱們從 100G 升級到 200G 並達到 400G 以太網傳輸速度時，這一點將更加明顯。
　　<strong>LiDAR（激光雷達）：</strong>在 2020 年，咱們將看到多光子驅動的激光雷達設計的引入。激光雷達是自主車輛的關鍵技術，大量初創公司專一於減少 LiDAR 的尺寸（減小一副卡片）和下降成本（一個數量級），其中一些將在 2020 年展現其設計。此外，咱們還將看到基於光子學的 LiDAR 至少由一家知名的領先的 LiDAR 公司設計。
　　<strong>5G：</strong>到 2020 年，咱們將切實看到 5G 的構建。這將推進光子芯片的量產，由於在前程和後程中均部署了諸如 NG-PON2 之類的新的光子技術。隨着 5G 毫米波的部署，5G 中將出現曲棍球拐點。不過這種更普遍的 5G 建設不會在 2020 年真正發生。
　　<strong>傳感器：</strong>也許有點乏味，但這是光子學正穩步發展的應用領域，這種進步將持續到 2020 年。醫學是一個特別有趣的領域爲光電傳感器具備很大的機會。醫療領域的進展將更多地取決於法律法規，而非技術，2020 年在這一領域不會出現突破。
　　<strong>AR/VR：</strong>預測咱們的技術將來的最簡單方法是觀看《星際迷航》。星際迷航的全部技術最終都會實現。對於光子學來講，這是個好消息。若是咱們要穿梭於籬笆牆，光子學將發揮重要做用。
　　<strong>量子計算：</strong>量子是另外一個將推進光子學的應用。2020 年將不是量子年，但咱們確實預計至少會有一項重要的量子聲明令全部人震驚。
　　<strong>總結</strong>
　　將來的技術光子學將在 2020 年獲得穩步的發展。增加率將是使人印象深入的，大量的應用將成爲焦點。工程師們在電子技術領域的聰明才智的耗盡，以及光子學生態系統的進化，將進一步束縛住電子學增加的腳步。隨着商業代工廠的加入和設計自動化的成熟，成熟的跡象變得愈來愈廣泛。2020 年是光子學商業化的一年。
　　原文：<a href="https://semiwiki.com/eda/280982-photonics-come-into-focus-2020-predictions/" target="_blank">https://semiwiki.com/eda/280982-photonics-come-into-focus-2020-predictions/</a>;
<strong> </strong>