翻译自-Semi Wiki，Rich Goldman

以前IC和EDA会是年度预测的重点，但最近我把目光转向了光子学领域。

历史上，光子学一直是GaAs砷化镓的技术；过去是，现在是，将来也是。分析师总是在预测光子学何时崛起；2020年，随着电子领域摩尔定律的终结或放缓，光子学将一枝独秀，进入发展的曲线阶段。尽管光子学正以惊人的速度在我们的技术生态系统中发挥着越来越重要的作用，但预期的爆炸式增长尚未出现。

有几个原因。首先，光子学不遵循摩尔定律:光的波长就是光的波长，是一个常数；它不会每两年减半，所以摩尔定律推动的电子技术的显著进步并不适用于光子学。

其次，工程师在电子领域的不断突破，一度被认为是不可逾越的障碍。所以光子学代替电子学的应用仍然在被越来越智能化的电子设计所取代。

最后，光子学生态系统尚未发展到足以支持大规模商业市场。在过去的半个世纪里，电子学已经发展成为今天复杂且功能完善的设计和制造系统，但这种发展并没有发生在光子学中。今天的光子学生态系统仍然是最类似于80年代初的电子生态系统。

2019年，更多的大公司收购了主要的光电供应商。比如思科收购Luxtera，现在Acacia Communications，II-VI收购全球领先的光通信产品供应商Finisar。博通从富士康收购了他们的光收发器资产。很多人认为光子时代即将到来，电信提供商也将开发领先的光子解决方案。

光子学会会是2020年的焦点吗？

光子学的发展将变得越来越相关，然后它将普遍存在，最后它将在越来越短的距离内占据主导地位。今天，电信通过光纤(一种基于光子学的应用)传输到几公里外的家庭和商务旅行。现在光子学已经进入数据中心。世界各地的超大规模数据中心都在与功耗、成本、热量、带宽和数据延迟作斗争。用光纤代替铜线解决了所有这些问题。与铜缆相比，光纤更便宜、更快、延迟更短、带宽更高、功耗更低，从而降低热量和电力成本。

数据中心机架间的光纤接管已基本完成，光纤已转移至同一机架内相互连接的服务器。所以光子学从千米距离的优势发展到十米距离的普及，再到一米距离的关联。2020年，光子集成电路(PIC)将在商业上更加普及，使光子技术可以在毫米范围内应用。未来我们将继续整合光子学，包括激光、芯片、电子的关联，移动光子学到微米级。

随着2020年以太网的数据传输速度将继续从100G向200G迁移，在光纤两端所需的收发器中，光子学将变得更具吸引力，100G扩容工程已基本完成。到2020年，向200G过渡顺利，早期用户将切换到400G。通过巧妙的设计，电子产品可以以100G的速度传输，但光子学更强。市场上有许多100G光子收发器设计。但400G之后，电子产品将失去对收发机市场的控制，光子学将会出现。当我们到了800G、1T(远远超过2020年)的时候，光子学将会完全占据主导地位，甚至连一个电子收发器都找不到。

由方(，亚马逊/苹果，，谷歌)组建的光子设计团队专注于根据自己的规格进行调整的光子收发器。这是2020年的新趋势，将加速光子在数据中心的主导地位。在对庞大的数据中心进行评级后，他们将从为其特定需求设计的光子设计中受益匪浅，就像方设计自己的ic一样。到2020年，我们可能看不到这项活动的成果，但它将显著提高世界的光子设计能力，加速商业光子生态系统的进化。

由小型商业或RD晶圆厂主导，如SMART Photonics、LionX、Ligentec、imec、Leti和AIM，今天的光电晶圆厂一般面向RD或提供MPW(多项目晶圆)，而不是大型商业运营。虽然固态晶圆厂在其光电产品中处于领先地位(如用于激光器的磷化铟)，但这些晶圆厂目前并不具备推广大型商业市场的能力，也没有机会开发大型半导体晶圆厂在过去几十年中建立的极端客户支持工艺。

方是世界领先半导体代工厂的主要客户。晶圆厂注意到光子设计活动的增加，已经进入或正在考虑进入光子业务。这将加速其商业化，这些晶圆厂可以利用他们的生产知识、经验和技能建立一个成熟的生态系统。

在过去几年中，TowerJazz和GlobalFoundries等领先的半导体代工厂已经开始为光电业务提供服务。到2020年，其他主要半导体晶圆厂将进入光电产业。这些晶圆厂的加入将使硅光子成为合法的商业企业。光子学为晶圆厂提供了一个很好的优势:它不需要尖端技术。这意味着不需要大规模的电子产品研发和资金投入。相反，光子学会利用完全资本化的半导体制造设备赚取可观的利润。

制程开发套件(PDK)的出现是光子技术成熟的标志。大约两年前，第一个光子PDK出现了，随着晶圆厂为各种设计工具提供PDK，它们开始变得流行起来。与半导体晶圆厂提供的库相比，这些PDK往往是原始的，但它们是迈向成熟的商业光子生态系统的重要一步，这需要晶圆厂和光子设计自动化(PDA)公司之间强有力的合作关系。从而共同产生新的PDK，促进现有PDK的发展。随着更多照片的拍摄和测量，将产生足够的数据用于统计分析。2020年，基于统计的PDK将出现，使得蒙特卡罗和角度统计分析在更先进的PDA模拟工具中成为可能。这将形成更稳健的设计，然后专注于可制造性，这是光子学商业化的另一个要求。

老牌EDA制造商已经注意到了新兴的光子电子市场。他们为这个市场提供设计工具，并与领先的PDA公司建立了重要联盟，以提供完整的集成设计流程。去年，Mentor推出了LightSuite photon编译器，同时使用他们的Tanner工具提供原理图和布局。Cadence通过ycore引入曲线功能，使其成为业界领先的定制设计平台，成为光电子领域的集大成者。Mentor和Cadence将其设计流程与领先的光子模拟提供商Lumerical整合在一起。比如Cadence提供co仿真功能，使整个设计过程由Virtuoso cockpit驱动。新思公司采取了更多的单干策略。

我预测，主要EDA供应商的加入将预示着PDA工具价格的上涨。流行的EDA工具的平均售价远高于PDA工具。这种不平衡是不可持续的，因为它将阻碍PDA所需的投资和PDA公司在新的EPDA环境中的竞争力。虽然这种改变不会是突然的，但会是持续的。

虽然去年出现了集成电子-光子设计自动化(EPDA)过程，但随着统计和制造设计(DFM)功能的增加，到2020年它们将变得更加复杂。统计方面的考虑将需要更多的计算能力，因此在2020年，我们还将看到高性能计算应用于PDA。亚马逊AWS和微软Azure将在其数据中心利用光子技术，并成为在云计算中提供光子技术的重要参与者。

与电子学不同，光子学设计只包含几个精密的元件。这些组件中的许多都可以在PDK的晶圆厂中找到，但每一个尖端的光子设计总是包含一些PDK在晶圆厂中无法提供的重要组件。这为一些公司创造了创造光子IP (PIP)业务的机会。拥有极高的光子设计能力，可以获得廉价的设计工具，可能会在市场上占得先机。这些公司专注于光子设计，并提供卓越的服务。

光子设计方法的进一步完善将提供更高质量和更可制造的设计，并将降低壁垒，从而光子设计不再需要如此高的门槛。更好的设计将促进光子学在应用中的竞争力。此外，更多合格的设计师将使公司有更强的能力来建立他们的光子设计团队，从而产生更好的产品和更快的发展。

我们已经看到斯坦福大学和Lumerical与开源社区合作的光子逆向设计。通过他们的方案，组件设计更简单，设计周期大大缩短(几天而不是几个月)。

即使是出版的优秀设计也在不断改进，往往几天之内就能完成。光子逆设计的简化和自动化设计方法将取代目前的人工迭代过程，预计2020年将应用于各种光子器件。光子逆设计对光子学的影响类似于80年代逻辑综合对集成电路设计的影响。它将扩大合格光子学设计师的圈子，并加快光子学设计进入市场的时间。我觉得光子逆向设计的研究类似于提高设计师作品的抽象水平。随着IC设计抽象水平的提高，集成电路设计师的工作效率如潮水般上涨，我期待光子学设计师的工作效率也能得到类似的提高。

应用程序

收发器:光子学接管数据中心的趋势将在2020年继续。当我们的传输速度从100G提升到200G，再提升到400G时，这一点会更加明显。

激光雷达:2020年，我们将看到多光子驱动激光雷达设计的引入。激光雷达是自动驾驶汽车的关键技术，但它不能安装在日常的乘用车上，也不能安装在快速旋转咖啡罐的原型大小的激光雷达上，更不可能将几千美元的设备嫁接到日常车辆上。大量创业公司专注于降低激光雷达的尺寸和成本，其中几家公司将在2020年公布他们的设计。我们希望至少能看到一家知名激光雷达公司的基于光子的激光雷达设计。

激光雷达是一项重要的发明。不过特斯拉Elon Musk曾经说过，雷达+摄像头已经显著改善了自动驾驶，所以不需要激光雷达。马斯克这么说是有原因的。他们之间的问题是:如何减少激光雷达成本和尺寸的竞争，提高雷达+相机的能力。这场比赛的获胜者将决定用于驾驶自动驾驶汽车的光子学应用的命运。

5G:2020年，我们将看到5G的真正建设。随着NG-PON2等新技术的部署，在传输前和传输后都对光子有利，这将推动功率集成电路PIC的发展。随着毫米波在建筑物中的部署，曲棍球棒效应也将出现在5G中。但这种更大规模的5G建设不会真正实现。

传感器:医学是一个特别有趣的领域，在光子学领域有很大的机会。医学进步的步伐将更多地由法律法规而非技术决定，2020年将很难看到这一领域的突破。

AR/VR:据说预测科技未来最简单的方法就是看《星际迷航》。《星际迷航》的所有技术最终都会实现。这对光子学来说是个好消息。如果我们想跳上全息甲板，光子学将会发挥巨大的作用。

量子计算:量子是另一个促进光子学应用的领域。不幸的是，2020年不会是量子年，但我预测至少有一个重要的量子公告会让我们大吃一惊。这个大新闻会由一家大型老牌公司和一家初创公司同时发布。

摘要

因此，光子学作为一种未来技术，将在2020年得到坚实的发展。随着大量应用成为关注的焦点，会有惊人的增长速度。工程师在电子技术领域的智能和光子学生态系统的进化将会大踏步前进。而且随着晶圆厂的加入和设计自动化的成熟，2020年有望成为光子技术商业化之年。

注:

1。方

吉姆·克莱默创造了“方”这个概念。“方”指的是四只科技股:脸书、亚马逊、网飞和谷歌，它们都在股市中表现出高增长。无一例外，方公司并不在各自的生态中创造最有价值的内容，他们只是让消费者或用户更容易获得这些内容，所以用户是通过方的主页逐渐发现这些内容的。这样，再加上互联网让渠道免费，就意味着方在他们的方式上获得了比以往更多的权力，有了更多实现的可能性。这四家方公司中的每一家都以自己的方式进行技术创新(尤其是谷歌，这甚至被证明是一个规律)，但他们——就像优步一样——非常依赖现有的产品和基础设施。他们现在或未来占据统治地位的关键是他们与客户的接近程度、出色的用户体验以及在互联网出现之前绝对不可能的商业模式。

2。蒙特卡罗方法

蒙特卡罗方法是一类随机算法的统称。原理是通过大量的随机样本去了解一个系统，然后得到要计算的值。它非常强大和灵活，而且非常简单易懂，易于实现。对于很多问题，它往往是最简单的计算方法，有时甚至是唯一可行的方法。它诞生于20世纪40年代美国的“曼哈顿计划”，名字来源于蒙特卡洛，象征概率。

随着20世纪电子计算机的出现，蒙特卡罗方法在许多领域显示了其优越的能力。在机器学习和自然语言处理技术中，经常用到的MCMC也是由此发展而来。