Für die Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft ist eine performante und effiziente Informationsverarbeitung, -verteilung und -speicherung unabdingbar. Die Mikroelektronik entwickelt sich in einem rasanten Tempo und benötigt die Photonik in der Prozessortechnologie, der Datenkommunikation und der Sensorik als notwendige Ergänzung. Rapide steigende Datenraten und neue Anwendungen wie THz-Radio, Kohärenz-Tomographie, maschinelles Sehen, Lidar und Quanteninformationsverarbeitung erfordern zunehmend den Einsatz photonischer Technologien. Erst durch eine intelligente Integration von Elektronik und Photonik können beide Technologien ihre volle Wirkung entfalten.
Integrierte photonische Transceiver bieten gegenüber elektronischen Transceivern ein enormes Verbesserungspotenzial, was die erreichbare Datenrate, Reichweite, Energieeffizienz und Kompaktheit angeht. Integriert-optische Sensoren erlauben räumliches Sehen mit besserer Auflösung und zu niedrigeren Kosten als konventionelle Lösungen. Kombiniert mit anwendungsspezifischen elektronischen Schaltkreisen ebnen sie den Weg für neue System-on-Chip (SoC)- und System-in-Package (SiP)-Lösungen ungekannter Integrationsdichte. Der Markt für Siliziumphotonik-Komponenten allein wird in 2025 auf 3.5 Mrd. USD geschätzt(1), der gesamte optische Transceiver-Markt im Jahr 2019 war über 6 Mrd. USD groß(2). Beide Kennzahlen zeigen das hohe Marktpotenzial photonisch-elektronisch integrierter Produkte auf.
Weltweit beschäftigen sich Initiativen wie Petra(3) in Japan, DARPA’s Electronics Re-urgence Initiative mit Projekten wie PIPES(4) und LUMOSA und Industriekonsortien wie COBO(5) und CPO(6) damit, die photonisch-elektronische Integration voranzutreiben. In Deutschland fördert die DFG in einem Schwerpunktprogramm Grundlagenforschung auf diesem Gebiet(7). Für eine kommerzielle Umsetzung sind jedoch noch eine Vielzahl von Herausforderungen zu lösen. Die Hightech-Strategie der Bundesregierung betont die zentrale Bedeutung der Mikroelektronik für den Standort Deutschland.
Im Verbund mit der Photonik, mit der die deutsche Industrie in 2018 einen Umsatz von 3 Mrd. EUR erzielt hat(8), gilt es jetzt, die Chancen zu nutzen, die die photonisch-elektronische Integration in Zukunftsfeldern wie Kommunikation, Industrie 4.0 und Mobilität bietet. Zu diesem Zweck werden 1) eine Förderinitiative für photonisch-elektronische integrierte Schaltungen, 2) die Weiterentwicklung von Silizium als Integrationsplattform auch für die Hetero-Integration und 3) der Entwurf einer Industriestrategie für photonisch-elektronische Mikrochips empfohlen.
(Fußnoten siehe Veröffentlichung)
Jetzt steht Ihnen das VDE Positionspapier "Photonisch-elektronische Integration" auch als englischsprachige Veröffentlichung "Photonic-Electronic Integration" zur Verfügung:
