信通院发布《信息光子技术发展与应用研究报告 (2024年)》

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。

2024年12月20日，中国信息通信研究院（简称“中国信通院”）正式发布《信息光子技术发展与应用研究报告（2024年）》，中国信通院技术与标准研究所吴冰冰对报告进行了解读。

报告对信息光子的总体发展态势、重点细分领域、光子材料与基础工艺、光电融合的最新研究与应用进展等进行了系统分析，研判未来五到十年发展趋势，并提出推动我国信息光子技术产业高质量发展的意见建议。

报告核心观点

1. 概念范畴方面，“信息光子”是光子学与信息科学的交叉领域，将光子作为载体，通过操控光子实现信息的获取、传递、处理和呈现。横向包含光采集、光连接、光算存和光呈现四大细分领域，贯穿信息生命周期全过程；纵向包含核心光子芯片器件和材料、模块级产品、系统级产品，并进一步赋能上层各类业务及应用，价值链不断延伸。

2. 发展阶段方面，信息光子整体处于多样化发展阶段，光通信、光存储、光采集、光呈现等传统方向已规模部署，并不断向更高性能、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涌现，新范式不断构建，在信息化全域的重要性更加凸显。

3. 四大细分领域方面，（1）光连接持续向高速率、大容量、多场景等方向演进。AI影响下速率迭代周期缩短，即将迈入T+b/s时代，并通过频谱拓展和新型光纤等实现容量提升；（2）基于光电混合架构的专用模拟光计算为研究热点，在处理神经网络推理等涉及大量运算工作负载、且不需要精确解的特定任务时，可作为协处理器为电计算“补充加速”；（3）光采集基于多元化应用场景，逐步向大规模、多功能、高精度、微型化、低成本、高可靠的集成式和分布式方向演进；（4）光呈现多技术方案并行发展，未来几年预计仍将以LCD和OLED两大技术路径为主线，Micro LED、印刷OLED、集成化、三维化等成为新重点。

4. 共性基础方面，光子材料多体系并存，光子集成正处于转向规模发展的关键节点，制造工艺与先进封装是布局重点。其中，硅基光电子在集成度、大规模低成本制造方面具备优势，未来以硅基光电子为基础平台、采用不同材料的异质异构集成极具发展前景。与微电子集成电路CMOS相比，光子集成在工艺流程和复杂程度上相似，但在功能结构单元、材料体系、标准化程度、发展规律和提升维度等方面差异明显。

5. 交叉融合方面，一是信息光子各细分领域由单一领域独立发展向多功能融合化演进，加速系统级创新与新应用裂变，构建“计算+连接” “存内计算”“通感一体”“感算融合”等新范式；二是光电融合成为后摩尔时代重要选项，不仅在扩展摩尔方向锋芒初露，在超越CMOS方向亦有诸多可能性。

6. 意见建议方面，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，为推动信息光子技术产业高质量发展，需加强战略研究与统筹规划、提升创新能力与产业基础、深化生态建设与应用牵引，促进多方要素形成合力，“政产学研用”各类主体共同打造融合式创新。

报告目录

一、信息光子技术总体发展态势

（一）信息光子是光子学与信息科学交叉领域

（二）全球主要经济体高度重视光子能力构建

（三）市场规模稳定增长，发展阶段各有差异

二、光连接领域研究与应用进展

（一）高速率是光连接领域最核心的发展诉求

（二）多样化技术方案助力传输交换容量提升

（三）产业规模持续增长，应用场景不断泛化

（四）片间和片上芯片级光互连成为研究热点

（五）未来十年功能性能与应用范畴日益拓展

三、光算存领域研究与应用进展

（一）光电混合架构占据主流，算法不断优化

（二）应用需找准定位，实用领域将不断扩展

（三）产业生态尚不成熟，布局重点出现转移

（四）存储性能不断提升，距离实用道阻且长

（五）未来将向集成、融合、泛在等趋势演进

四、光采集领域研究与应用进展

（一）光采集技术向集成化与分布式双向演进

（二）车载激光雷达路径多元化集成趋势明显

（三）生物医疗光传感前沿方向正在广泛探索

（四）分布式光纤传感是长距场景的理想方案

（五）未来十年关键指标与成熟程度不断提升

五、光呈现领域研究与应用进展

（一）新型显示领域多条技术路线并行发展

（二）数字时代新型显示应用场景不断拓展

（三）新型显示市场空间广阔我国保持领先

（四）成像技术从多维度突破人类视觉极限

（五）未来五到十年LCD和OLED仍为主线

六、跨领域交叉融合研究与应用进展

（一）计算+连接+存储新范式推动算力扩展

（二）通感一体化光网络协同架构正在构建

（三）感算融合全光智能技术研究正在开展

七、材料工艺共性基础研究与产业进展

（一）光子材料多体系并存且处于不同成熟阶段

（二）光子集成正处于转向规模发展的关键节点

（三）集成制造和先进封装是光子集成布局重点

（四）垂直整合、细化分工等多种制造模式并存

（五）各材料体系与异质异构集成工艺同步演进

八、光电融合研究进展与产业影响

（一）光子与电子技术呈现协同互补融合关系

（二）光电融合包含功能协同和硬件一体维度

（三）后摩尔时代重要选项深远影响产业格局

九、信息光子技术与应用前景展望

（一）细分领域发展迅速应用场景进一步拓展

（二）技术产业发展需要政产学研用协同推动

主要专家简介

中国信通院技术与标准研究所光网络技术与应用研究部主任工程师，高级工程师，博士

吴冰冰

在光电子、通信光模块及芯片器件领域有多年工作经验，牵头编制多份蓝皮书，完成多项省部级、IMT-2020(5G)推进组研究课题。

中国信通院技术与标准研究所高级工程师，博士

刘璐

长期从事光模块器件、光计算、光互连、硅光等光电子领域相关研究，完成多项研究报告、标准制定与科技专项等工作。

中国信通院技术与标准研究所工程师

谢俊杰

长期从事光通信、光传感、光显示等光电子领域研究，牵头和参与多项专题研究报告撰写和国内外通信标准制定。

中国信通院技术与标准研究所工程师，博士

刘可为

主要研究方向为信息光电子、高速光传输器件、光学频率梳、新型光纤传感技术等，参与撰写和发布多份蓝皮书及专题研究报告。

其他参与撰写专家

向潇中国信通院信息化与工业化融合研究所高级工程师

赵鑫中国信通院技术与标准研究所高级工程师

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