信息光子技术发展与应用研究报告（2024年）

No.202410中国信息通信研究院2024年12月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）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 ....