Silisyum Fotonik Devrimi – Işık Hızında Teknolojiyle Yapay Zeka, Veri Merkezleri ve Daha Fazlası Dönüşüyor

Silisyum fotoniği, verileri işlemek ve iletmek için ışığı yönlendiren silisyum fotonik entegre devrelerini (PIC’ler) kullanır; bu sayede 100 Gb/s ve 400 Gb/s gibi hızlarda yonga içi ve yongadan yongaya bağlantılar mümkün olur.
Bir tırnak büyüklüğündeki bir silisyum fotonik çip, onlarca lazer kanalını barındırabilir ve yoğun dalga boyu bölmeli çoğullama ile terabitlerce veri taşıyabilir.
Veri merkezi bağlantıları, daha az güç tüketen ve daha yüksek yoğunluk sunan optik bağlantılardan faydalanır; entegre optik G/Ç’ye sahip 51,2 Tb/s anahtarlama çipleri gibi prototipler gösterilmiştir.
2024 yılında Ayar Labs, 16 dalga boyu kullanarak 8 Tbps bant genişliği sunan bir optik çiplet sergiledi ve 2024 sonlarında Nvidia, AMD ve Intel’in katılımıyla 155 milyon dolarlık bir Seri D yatırım turu ile değerlemesini 1 milyar doların üzerine çıkardı.
Intel, 2016’dan bu yana 8 milyondan fazla fotonik alıcı-verici çip sevk ettikten sonra, 2023 sonunda silisyum fotoniği alıcı-verici üretimini Jabil’e dış kaynak olarak verdi.
InnoLight, 2023 sonunda 1,6 Tbps optik alıcı-verici prototipi sergiledi; 2026’ya kadar 3,2 Tbps modüllerin gelmesi bekleniyor ve çok terabitlik bağlantılar yaklaşıyor.
Amerikan AIM Photonics enstitüsü, ABD’de entegre fotonik üretimini ilerletmek için 2028’e kadar sürecek yedi yıllık 321 milyon dolarlık bir program aldı; bu sayede New York’ta bir silisyum fotoniği dökümhanesi ve paketleme hattı kurulacak.
2023’te Broadcom, entegre lazer fotonik motorlarına sahip 25,6 Tbps ve 51,2 Tbps birlikte paketlenmiş optik anahtar prototipleri sergiledi.
Lightmatter, 2024’te optik yapay zeka hızlandırıcı platformunu finanse etmek için 400 milyon dolarlık bir Seri D yatırım aldı ve PsiQuantum, 2024’te Omega çipiyle kayıp toleranslı bir fotonik kuantum bilgisayara giden yolu kamuoyuna açıkladı.
Analistler, silisyum fotoniği pazarının 2035 yılına kadar yaklaşık 54 milyar dolara ulaşmasını, bunun yaklaşık 11 milyar dolarının veri dışı uygulamalardan gelmesini ve büyümenin büyük ölçüde yapay zeka veri merkezi ihtiyaçlarıyla tetiklenmesini öngörüyor.

Silisyum Fotoniği Nedir ve Nasıl Çalışır?

Silisyum fotoniği, ışığı (fotonları) işlemek ve iletmek için silisyum tabanlı fotonik entegre devreler (PIC’ler) kullanan bir teknolojidir. Basitçe söylemek gerekirse, elektronik devrelerin yapıldığına benzer şekilde, optik cihazların (lazerler, modülatörler ve dedektörler gibi) silisyum çipler üzerinde inşa edilmesi anlamına gelir. Bu silisyum fotonik çipler, ışık kullanarak veri gönderip alabilir ve ultra hızlı veri aktarımı yüksek bant genişliği ve düşük enerji kaybı ile mümkün olur ansys.com. Temel bileşenler arasında dalga kılavuzları (çip üzerinde ışığı yönlendiren küçük optik “kablolar”), modülatörler (veriyi ışık ışınlarına kodlayanlar), lazerler (genellikle başka malzemelerle eklenir çünkü silisyumun kendisi ışık yayamaz) ve fotodedektörler (gelen ışığı tekrar elektrik sinyaline çevirenler) bulunur ansys.com. Bunlar silisyum platformunda entegre edilerek, mühendisler iyi bilinen yarı iletken üretim süreçlerinden (CMOS) yararlanıp fotonik cihazları seri üretir; böylece ışık hızını modern çip üretiminin ölçeğiyle birleştirirler ansys.com.

Nasıl çalışır? Bakır tellerdeki elektriksel darbeler yerine, silikon fotonik devreler mikron ölçeğindeki dalga kılavuzlarında dolaşan kızılötesi lazer ışığı kullanır. Silikon, kızılötesi dalga boylarına karşı şeffaftır ve silikon dioksit gibi daha düşük kırılma indisine sahip çevreleyici malzemelerle sınırlandığında ışığın minimum kayıpla yayılmasına olanak tanır ansys.com ansys.com. Veriler, ışık dalgalarına, ışığın yoğunluğunu veya fazını hızla değiştirebilen modülatörler aracılığıyla kodlanır. Diğer uçta, çip üzerindeki fotodedektörler optik sinyalleri tekrar elektriksel forma dönüştürür. Işık, elektriksel sinyallerden çok daha yüksek frekanslarda salındığı için, optik bağlantılar saniyede çok daha fazla veri taşıyabilir. Tek bir küçük fiber veya dalga kılavuzu, saniyede onlarca veya yüzlerce gigabit iletebilir ve birden fazla ışık dalga boyu kullanılarak (yoğun dalga boyu bölmeli çoğullama), tek bir fiber terabitlerce veri taşıyabilir. Pratikte, silikon fotonik, çip üzerinde veya çipten çipe iletişimde 100 Gb/s, 400 Gb/s veya daha yüksek hızlara olanak tanır; bu hızlar, aksi takdirde birçok bakır hat gerektirir ya da uzun mesafelerde mümkün olmazdı ansys.com optics.org.

Silikon fotonik aygıtlar kompakt, hızlı ve enerji verimlidir. Işık, dalga kılavuzlarında çok düşük dirençle (yüksek hızlarda bakırda görülen elektriksel kapasitans veya ısınma sorunları olmadan) hareket edebilir; bu da veri taşımada potansiyel olarak daha düşük güç tüketimi anlamına gelir. Bir analiz, optik bağlantıların veri darboğazlarını büyük ölçüde hafifletebileceğini ve yüksek performanslı sistemlerde ısıyı azaltabileceğini belirtiyor – “silikon fotoniğiyle mümkün olan optik bağlantılar, artan bant genişliği taleplerini karşılamak için tek ölçeklenebilir yol” olarak görülüyor laserfocusworld.com. Kısacası, silikon fotonik, düşük maliyetli, seri üretilebilir silikon çip platformunu ışığın fiziğiyle birleştirerek çip üzerinde “fotonlar için devreler” yaratıyor ansys.com. Bu teknoloji, geleneksel elektroniğin sınırlarına ulaştığı durumlarda veriyi kelimenin tam anlamıyla ışık hızında taşımamıza olanak tanıyor.

Silikon Fotoniklerinin Temel Uygulamaları

Silikon fotonik, fiber optik iletişimde başladı, ancak bugün çok yönlü bir platform olarak birçok ileri teknoloji alanında kullanım buluyor. Yüksek hızı ve enerji verimliliği sayesinde, büyük miktarda verinin taşınması (veya ışığın hassas şekilde kontrol edilmesi) gereken her alan bir adaydır. İşte başlıca uygulamalardan bazıları:

Veri Merkezleri ve Yüksek Hızlı Bulut Ağları

En önemli uygulamalardan biri, silikon fotoniğinin daha hızlı ve daha verimli bağlantılar için acil ihtiyacı karşıladığı veri merkezleri ve süper bilgisayarların içindedir. Modern bulut ve hiper ölçekli veri merkezleri, sunucular, raflar ve kampüs ağları arasında büyük veri akışlarını yönetir. Bakır kablolar ve geleneksel elektrikli anahtarlar giderek daha fazla darboğaz oluşturuyor – çok fazla güç tüketiyorlar ve belirli mesafe veya hızların ötesine geçemiyorlar (örneğin, 100 Gb/s bakır bağlantılar sadece birkaç metre için çalışır). Silikon fotonik bağlantılar, sunucuları ve anahtarları çok yüksek hızlarda ve minimum kayıpla bağlamak için optik fiberler ve kart üstü optik motorlar kullanarak bu sorunu çözer. Silikon fotoniğine dayalı optik alıcı-vericiler, raflar arası ve hatta raf içi iletişimde elektriksel bağlantıların yerini almaya veya onları tamamlamaya başladı bile tanaka-preciousmetals.com.

Cisco ve Intel bu alanda öncüler olmuştur: Cisco artık ağ ekipmanlarını birbirine bağlamak için silikon fotonik kullanarak yüksek hızlı takılabilir optik alıcı-vericiler tasarlamaktadır expertmarketresearch.com. Benzer şekilde Intel de silikon fotoniği veri merkezi bağlantısını artırmak için kullanmış, milyonlarca 100G optik alıcı-verici çipi göndermiş ve şimdi 200G, 400G üretimini artırmakta ve 800G optik modüllerin örneklemesini yapmaktadır tanaka-preciousmetals.com. Motivasyon açık – veri hızları 100G’den 200G’ye, 400G’ye iki katına çıktıkça bakırın erişim mesafesi dramatik şekilde azalıyor. “Bugün bir veri merkezine girdiğinizde, sunucuları üst raf anahtarına bağlayan 100 Gb/s bakır kablolar göreceksiniz… Bu kablolar yaklaşık dört metreye kadar uygundur. Ancak rafın ötesindeki her şey zaten optik kullanıyor,” diyor Intel’in fotonikten sorumlu kıdemli direktörü Robert Blum ve ekliyor: “Veri hızlarını 200 veya 400 Gb/s’ye çıkardıkça, bakırın erişim mesafesi çok daha kısa oluyor ve optiğin doğrudan sunucuya kadar gittiği bu eğilimi görmeye başlıyoruz.” tanaka-preciousmetals.com Yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) kümelerinde ve binlerce işlemcinin düşük gecikmeli bağlantılara ihtiyaç duyduğu yapay zeka süper bilgisayarlarında, optik ara bağlantılar tüm bu çiplerin veriyle beslenmesini sağlayacak bant genişliğini sunar ansys.com, laserfocusworld.com. Fotonik anahtara ve hatta işlemci paketlerinin içine (sözde birlikte paketlenmiş optikler) taşındığında, geleceğin veri merkezi ağları çok daha yüksek veri aktarım hızlarına ulaşacaktır. Aslında, entegre optik I/O’ya sahip 51,2 Tb/s anahtarlama çipleri ufukta ve prototipleri şimdiden gösterildi tanaka-preciousmetals.com.

Veri merkezleri için faydalar önemli: daha düşük güç tüketimi (optik bağlantılar, onlarca GHz’de bakır üzerinden elektron itmeye kıyasla çok daha az enerjiyi ısıya dönüştürür), daha yüksek yoğunluk (birçok optik kanal, elektromanyetik girişim endişesi olmadan çoğullandırılabilir) ve daha uzun menzil (gerekirse optik sinyaller kilometrelerce yol alabilir). Bu, silikon fotoniğin veri merkezlerinin performansını, bağlantı sınırları tarafından kısıtlanmadan ölçeklendirmesine yardımcı olduğu anlamına gelir. Bir pazar analisti, yapay zeka odaklı veri merkezlerinin yüksek performanslı optik alıcı-vericilere eşi görülmemiş bir talep yarattığını belirterek, “silikon fotonik ve PIC’lerin bu devrimin ön saflarında yer aldığını, 1,6 Tbps ve ötesinde veri iletme yetenekleriyle” vurguladı. optics.org Pratikte, tırnak büyüklüğünde tek bir fotonik çip onlarca lazer kanalını barındırabilir ve birlikte terabitlerce veriyi taşıyabilir – bu, yeni nesil bulut altyapısı için kritiktir.

Yapay Zeka ve Makine Öğrenimi Hızlandırması

Yapay zeka ve makine öğrenimi iş yüklerindeki patlama, veri merkezi uygulamasının özel bir örneğidir – kendine özgü gereksinimler getirdiği ve silikon fotoniğe yeni kullanım alanları kazandırdığı için ayrı bir şekilde ele alınmayı hak eder. Gelişmiş yapay zeka modellerinin eğitilmesi (sohbet robotlarını çalıştıran büyük dil modelleri gibi) çok büyük paralel hesaplamalar gerektirir ve bu işlemler birçok GPU veya özel yapay zeka hızlandırıcısına yayılır. Bu çiplerin, model eğitimi gibi görevler için çok büyük miktarda veri alışverişi yapması gerekir ve bu da çoğu zaman geleneksel elektriksel bağlantıları doyurur. Silikon fotonik, yapay zekaya iki yönlü bir avantaj sunar: yüksek bant genişliğine sahip bağlantılar ve hatta optik hesaplama potansiyeli.

Bağlantı tarafında, optik bağlantılar, AI hızlandırıcı çipleri veya belleği doğrudan ışık kullanarak bağlamak için geliştiriliyor (bazen optik I/O olarak adlandırılır). Geleneksel sunucu arka panelini veya GPU’dan GPU’ya iletişimi optik fiberle değiştirerek, AI sistemleri iletişim gecikmesini ve güç tüketimini önemli ölçüde azaltabilir. Örneğin, Ayar Labs gibi girişimler, işlemcilerin yanında yer alan ve verileri ışıkla içeri ve dışarı aktaran optik I/O çipletleri geliştiriyor; aksi takdirde gerekli olacak yoğun bakır iz demetlerini ortadan kaldırıyor. 2024 yılında, Ayar Labs, 16 farklı ışık dalga boyu kullanarak 8 Tbps bant genişliği sunan bir optik çiplet sergiledi – bu, yeni nesil AI bağlantılarının nasıl görünebileceğine dair bir işaret businesswire.com. Büyük çip üreticileri bu konuya dikkat ediyor: Nvidia, AMD ve Intel, Ayar Labs’a 155 milyon dolarlık bir yatırım turunun parçası olarak yatırım yaptı ve optik bağlantıların gelecekteki AI donanımının ölçeklenmesinde anahtar olacağına inanıyorlar nextplatform.com. Bir gazetecinin esprili bir şekilde belirttiği gibi, eğer sadece çipleri hızlandırarak yeterli hıza ulaşamıyorsanız, “muhtemelen paranızı yatıracağınız bir sonraki en iyi şey, bir tür optik I/O’dur.” nextplatform.com

AI çipleri arasında veri taşımaktan öte, silisyum fotoniği AI için optik hesaplamayı da mümkün kılıyor. Bu, belirli hesaplamaların (örneğin sinir ağlarındaki matris çarpımları gibi) elektrik yerine ışık kullanılarak yapılması anlamına geliyor; bu da günümüzün elektronik AI hızlandırıcılarının hız ve enerji sınırlamalarının bir kısmını aşabilir. Lightmatter ve Lightelligence gibi şirketler, sonuçları paralel olarak hesaplamak için silisyum dalga kılavuzlarında ışık girişimini kullanan prototip fotonik işlemciler geliştirdi. 2024’ün sonlarında, Lightmatter, optik hesaplama teknolojisini ilerletmek için dikkat çekici bir şekilde 400 milyon dolarlık Seri D turu topladı (değerlemesini 4,4 milyar dolara çıkardı) nextplatform.com. Henüz gelişmekte olsa da, bu fotonik AI hızlandırıcılar, milyarlarca transistör anahtarlama olayına kıyasla fotonların minimum ısı üretmesi sayesinde, sinir ağlarının çok daha düşük güç tüketimiyle ultra hızlı, düşük gecikmeli çalışmasını vaat ediyor.

Genel olarak, Yapay Zeka modelleri boyut ve karmaşıklık açısından büyüdükçe (ve on binlerce çipten oluşan kümeler gerektirdikçe), silikon fotoniği, yapay zeka altyapısındaki iletişim darboğazlarını aşabilecek bir “paradigma değişimi” olarak görülmektedir laserfocusworld.com. Bu teknoloji, işlemciler arasındaki bant genişliğini talebe göre doğrusal olarak ölçeklendirmenin bir yolunu sunar; bu, elektriksel bağlantıların zorlandığı bir konudur. Sektör gözlemcileri, optik teknolojilerin (örneğin birlikte paketlenmiş optikler, optik çipten çipe bağlantılar ve muhtemelen fotonik hesaplama elemanları) önümüzdeki yıllarda yapay zeka sistemlerinde standart hale geleceğini – sadece niş bir deney olmayacağını – öngörmektedir. Hatta bir tahmine göre, yapay zeka veri merkezleri o kadar hızlı büyüyecek ki (güç tüketiminde %50 YBBO), 2030 yılına kadar mevcut elektriksel G/Ç ile sürdürülemez hale gelebilirler ve bu da silikon fotoniğini “gelecekteki altyapımızın vazgeçilmez bir parçası” haline getirecektir; böylece yapay zekanın ölçeklenebilirliği sağlanacaktır laserfocusworld.com.

Telekomünikasyon ve Ağlar

Silikon fotoniğinin kökleri telekomünikasyona dayanır ve verileri uzun mesafelerde iletme şeklimizi dönüştürmeye devam etmektedir. Fiber optik telekomünikasyon ağlarında – ister internet omurgası, denizaltı kabloları, ister metro ve erişim ağları olsun – entegre fotonik, daha küçük, daha hızlı ve daha ucuz optik alıcı-vericiler üretmek için kullanılır. Geleneksel optik iletişim sistemleri genellikle ayrı bileşenlere (tek tek monte edilen lazerler, modülatörler, detektörler) dayanırken, silikon fotonik entegrasyonu bu bileşenlerin çoğunu tek bir çipte birleştirebilir; bu da güvenilirliği artırır ve montaj maliyetlerini düşürür tanaka-preciousmetals.com.

Bugün, silisyum fotoniği kullanan optik alıcı-verici modüller veri merkezi bağlantılarında yaygındır ve 100G, 400G ve ötesi için telekom altyapısında giderek daha fazla benimsenmektedir. Örneğin, Infinera ve Cisco (Acacia) gibi şirketler, telekom ağlarında 400G ve 800G bağlantılar için silisyum fotoniği kullanan koherent optik alıcı-vericiler geliştirmiştir. Genişbant & 5G/6G kablosuz ağlar da fayda sağlamaktadır – baz istasyonlarını birbirine bağlayan veya fronthaul/backhaul verilerini taşıyan fiber bağlantılar, silisyum fotoniği ile daha verimli hale getirilebilir. Intel, silisyum fotoniğinin “daha küçük form faktörleri ve daha yüksek hızlar kullanan yeni nesil 5G dağıtımlarında, bugünkü 100G’den yarının 400G ve ötesine” bir rol oynayacağını vurgulamıştır expertmarketresearch.com. Bir çip üzerinde onlarca lazer dalga boyunu entegre edebilme yeteneği, telekom operatörlerinin her bir fiber üzerine daha fazla kanal sığdırmak için kullandığı yoğun dalga boyu bölmeli çoğullama (DWDM) sistemleri için faydalıdır. 2023 yılında, Çinli bir şirket olan InnoLight, 1,6 Tb/sn optik alıcı-verici (birden fazla dalga boyu ve gelişmiş modülasyon kullanarak) bile sergiledi – bu, çok terabitlik optik bağlantıların yakın gelecekte olduğunun bir işareti optics.org.

Bir diğer ağ uygulaması ise çekirdek yönlendirme ve anahtarlama ekipmanlarındadır. Üst düzey yönlendiriciler ve optik anahtarlama platformları, optik anahtarlama, sinyal yönlendirme ve hatta çip üzerinde dalga boyu filtreleme gibi işlevler için silisyum fotonik devreleri kullanmaya başlamaktadır. Örneğin, ışık yollarını hızla değiştirmek için silisyum MEMS veya termo-optik etkiler kullanan büyük silisyum-fotonik anahtar matrisleri prototiplenmiştir ve bu, tamamen optik devre anahtarlamayı mümkün kılabilir. Bunlar, sonunda veri merkezi ağlarında bağlantıların optik olarak anında yeniden yapılandırılmasında kullanılabilir (Google, bazı AI kümelerinde optik anahtarlar kullanmayı ima etmiştir) nextplatform.com.

Genel olarak, telekomünikasyonda hedefler daha yüksek kapasite ve bit başına daha düşük maliyettir. Silikon fotonik, fiber optik kapasitesini ölçeklendirerek (100G → 400G → 800G ve dalga boyu başına 1.6T) ve CMOS fabrika süreçleriyle üretim maliyetlerini düşürerek yardımcı olur. Intel’in silikon fotonik bölümü, yeniden yapılandırılmadan önce, 2016’dan 2023’e kadar veri merkezi ve ağ kullanımları için 8 milyondan fazla fotonik alıcı-verici çipi sevk etti optics.org. Ve sektörel iş birlikleri artıyor: Örneğin, Intel 2023’ün sonlarında, üretimi daha da ölçeklendirmek için alıcı-verici üretimini Jabil’e (bir fason üretici) devredeceğini duyurdu optics.org. Bu arada, Coherent (eski adıyla II-VI) gibi optik bileşen devleri ve geleneksel telekom tedarikçileri (Nokia, Ciena, vb.) de yeni nesil optik modüller için silikon fotoniğe yatırım yapıyor optics.org. Teknoloji, hem internetin fiziksel altyapısının hem de hızla gelişen 5G/6G iletişim ekosisteminin temel taşlarından biri haline geliyor.

Algılama ve LiDAR

Silikon fotonik yalnızca iletişimle ilgili değil – aynı zamanda çip üzerinde ışığın hassas kontrolünü kullanarak yeni tür sensörler de mümkün kılıyor. Heyecan verici alanlardan biri biyokimyasal ve çevresel algılamadır. Silikon fotonik sensörler, bir numune (örneğin bir damla kan veya kimyasal buhar) yönlendirilmiş bir ışık demetiyle etkileşime girdiğinde kırılma indisi veya absorbsiyondaki küçük değişiklikleri tespit edebilir. Örneğin, bir silikon fotonik çipte, belirli moleküller ona bağlandığında frekansı değişen küçük bir halka rezonatörü veya interferometre olabilir. Bu, laboratuvar-çipte tarzı biyobelirteç – proteinler, DNA, gazlar vb. – algılamasını yüksek hassasiyetle ve potansiyel olarak düşük maliyetle mümkün kılar. Böyle fotonik biyosensörler tıbbi tanı, çevresel izleme veya hatta “yapay burun” uygulamalarında kullanılabilir optics.org optics.org. Minyatürleşme ve entegrasyon avantajları burada kilit önemdedir: Tek bir silikon fotonik sensör çipi, ışık kaynaklarını, algılama elemanlarını ve fotodedektörleri entegre edebilir; bu da hacimli optik laboratuvar ekipmanları yerine kompakt, sağlam bir sensör sunar. Silikon nitrür fotoniği (görünür dalga boyları için daha iyi çalışan bir varyasyon) araştırmaları, SiN’in saf silikonun yapamadığı floresans veya Raman sinyalleri gibi şeyleri algılamak için görünür ışığı yönlendirebilmesi sayesinde daha fazla algılama uygulamasının önünü açıyor.

Başka bir hızla büyüyen uygulama ise otonom araçlar, dronlar ve robotik için LiDAR (Işık Algılama ve Menzil Belirleme)’dır. LiDAR sistemleri, lazer darbeleri gönderir ve yansıyan ışığı ölçerek mesafeleri haritalar – esasen “3D lazer görüşü.” Geleneksel LiDAR üniteleri genellikle mekanik tarama ve ayrık lazerler/detektörler kullanır, bu da onları pahalı ve bir nebze hantal yapar. Silikon fotonik, LiDAR’ı bir çip üzerinde inşa etmenin bir yolunu sunar: ışın yönlendirme elemanları, ayırıcılar, modülatörler ve detektörlerin monolitik olarak entegre edilmesi. Bir silikon fotonik LiDAR, ortamı taramak için katı hal ışın yönlendirme (örneğin, optik faz dizileri) kullanabilir ve hiçbir hareketli parça gerekmez. Bu, LiDAR ünitelerinin boyutunu ve maliyetini önemli ölçüde azaltır. Aslında, Intel’in Mobileye şirketi, 2025 civarında yeni nesil otonom sürüş LiDAR sensörlerinde silikon fotonik entegre devreler kullandığını belirtmiştir tanaka-preciousmetals.com. Bu tür bir entegrasyon, LiDAR maliyetlerini düşürebilir ve otomobillerde kitlesel dağıtımı mümkün kılabilir. Silikon fotonik tabanlı LiDAR, ayrıca çip üzerinde birden fazla dalga boyu veya koherent algılama tekniklerinden yararlanarak daha hızlı tarama ve daha yüksek çözünürlük elde edebilir. Ek bir fayda olarak, bu entegre çözümler genellikle daha az güç tüketir – bu da elektrikli araçlar için önemli bir faktördür.Ansys’e göre, “silikon fotonik destekli LiDAR çözümleri daha kompakt, daha az güç kullanır ve ayrık bileşenlerden oluşturulan sistemlere göre üretimi daha ucuzdur.” ansys.com Bu, girişimlerden teknoloji devlerine kadar şirketlerin neden fotonik LiDAR geliştirmek için yarıştığını özlü bir şekilde özetliyor. Şimdiden FMCW LiDAR (frekans modülasyonlu sürekli dalga LiDAR) prototiplerini görüyoruz; bu, ayarlanabilir lazerler ve interferometreler gibi hassas fotonik devreler gerektirir. Silikon fotonik bunun için doğal bir platformdur ve uzmanlar, entegre fotoniğin FMCW LiDAR’ı (uzun menzili ve girişime karşı bağışıklığı için) ölçekli olarak uygulanabilir kılmada anahtar olacağını öngörüyor optics.org optics.org. Yakın gelecekte, yüksek performans sunan küçük, çip tabanlı LiDAR üniteleriyle donatılmış otomobiller ve dronlar göreceğiz – bu, silikon fotonik inovasyonunun doğrudan bir ürünüdür.LiDAR’ın ötesinde, diğer algılama kullanımları arasında jiroskoplar ve atalet sensörleri (navigasyon için çip üzerinde halka lazer jiroskopları kullanarak) ve spektrometreler (kimyasal analiz için entegre optik spektrometreler) yer alır. Ortak nokta, silikon fotoniğin optik ölçüm hassasiyetini minyatürleştirilmiş, üretilebilir bir formata taşımasıdır. Bu, tüketici elektroniğinde (akıllı saatte optik sağlık sensörü hayal edin), endüstriyel izleme ve bilimsel enstrümanlarda yeni olanaklar açıyor.

Kuantum Bilgi İşlem ve Fotonik Kuantum Teknolojileri

Kuantum bilgisayar arayışında, fotonlar (ışık parçacıkları) benzersiz bir rol oynar. Elektronların aksine, fotonlar çevreyle etkileşime girmeden uzun mesafeler kat edebilir (kuantum bilgisini iletmek için kullanışlıdır) ve bazı kuantum hesaplama düzenekleri fotonları doğrudan kübit olarak kullanır. Silisyum fotoniği, kuantum hesaplama ve ağ araştırmalarında önde gelen bir platform olarak ortaya çıkmıştır.

Birçok girişim ve araştırma grubu, ışıkta kodlanmış kübitleri üretmek ve manipüle etmek için silisyum tabanlı fotonik devreler kullanan fotonik kuantum bilgisayarlar üzerinde çalışıyor. Örneğin, PsiQuantum adlı, büyük yatırımlar almış bir girişim, binlerce silisyum fotonik kübit kanalını kullanarak büyük ölçekli bir kuantum bilgisayar inşa etmek için bir yarı iletken fabrikasıyla ortaklık kuruyor. Amaç, tek-foton kaynakları, ışık ayırıcılar, faz kaydırıcılar ve foton dedektörleri gibi aygıtları bir çip üzerinde entegre ederek fotonlarla kuantum mantığı gerçekleştirmek. Burada silisyum fotoniğinin avantajı ölçeklenebilirliktir – çünkü CMOS üretiminden faydalanır, teorik olarak yüzlerce veya binlerce bileşenden oluşan çok karmaşık kuantum fotonik devreler oluşturulabilir; bu, diğer kuantum donanım yaklaşımlarında çok daha zordur. Nitekim, araştırmacılar yakın zamanda kuantum ışık manipülasyonu için binlerce bileşenin birlikte çalıştığı silisyum fotonik çipler gösterdiler nature.com.

Silisyum fotoniği ayrıca kuantum ağ oluşturmayı – kuantum anahtar dağıtımı (QKD) ve dolaşık fotonlar kullanarak güvenli iletişim – kompakt, kararlı optik kuantum verici ve alıcılar için bir platform sağlayarak mümkün kılar. Ayrıca, bazı kuantum sensör teknolojileri (örneğin optik kuantum jiroskoplar veya tek-foton LiDAR) da çekirdeğinde silisyum fotonik çipler kullanabilir.

Fotonik kuantum hesaplamadaki en büyük zorluklardan biri, talep üzerine tekil foton üretmek ve bunları düşük kayıpla yönlendirmektir. İlginç bir şekilde, klasik silisyum fotoniği için geçerli olan aynı sınırlamalar (ve çözümler) kuantumda da geçerlidir: silisyum doğal olarak lazerlenmez, bu nedenle kuantum fotonik çipler genellikle entegre doğrusal olmayan süreçler veya kuantum nokta kaynakları kullanarak tekil fotonlar üretir ya da özel malzemeleri hibrit olarak entegre eder. Faydalar ise benzerdir – yüksek hassasiyet ve minyatürleşme. Ansys raporunun belirttiği gibi, kuantum bilgisayarlar hesaplamalar için fotonları kullanır ve bu fotonları entegre fotonikle yönetmek hız, doğruluk ve maliyet avantajları sağlar ansys.com. Pratikte, silisyum fotoniği, kuantum sistemlerini laboratuvar deneylerinden gerçek makinelere ölçeklendirmek için gereken kararlılık ve üretilebilirliği sağlayabilir.

Bilgi işlem dışında, kuantum fotonik sensörler (ekstra hassasiyet için kuantum durumlarını kullanan interferometreler gibi) ve kuantum rastgele sayı üreteçleri, silikon fotoniğinin etkili olduğu diğer alanlardır. Fotonik kuantum hesaplama hâlâ geliştirilme aşamasında ve olgunlaşmasına muhtemelen birkaç yıl var, ancak bu alana yapılan yoğun yatırım, vaatlerini vurguluyor. 2022 yılında önde gelen bir araştırmacı olan Prof. John Bowers, silikon fotoniğinin kuantum da dahil olmak üzere birçok yeni uygulama ile hızla ilerlediğini vurgulamıştı nature.com. İlk büyük ölçekli kuantum bilgisayarların aslında silikon fotonik çipler üzerinde inşa edilen optik bilgisayarlar olması öngörülebilir – telekom için geliştirilen bir teknolojinin bilgi işlemde bir sonraki sıçramayı mümkün kılabileceği ilginç bir tam döngü.

Güncel Eğilimler ve Gelişmeler (2025)

2025 itibarıyla, silikon fotonik muazzam bir ivme kazanıyor. Bir dizi eğilim, bu teknolojiyi laboratuvarlardan ve niş kullanımlardan teknoloji endüstrisinin ana akımına taşımak için birleşti:

Veri Darboğazı ve Birlikte Paketlenmiş Optikler: Veriye olan doyumsuz talep (özellikle yapay zeka ve bulut hizmetlerinden kaynaklanan) elektriksel ara bağlantıları ciddi bir darboğaz haline getirdi. Artık, bir ara bağlantının bant genişliğini her iki katına çıkardığınızda, sinyal bütünlüğünü korumak için bakır kablo uzunluğunu yarıya indirmeniz gerekiyor nextplatform.com – sürdürülemez bir ödünleşim. Bu aciliyet, birlikte paketlenmiş optikler (CPO) gibi yaklaşımları ön plana çıkardı; burada optik motorlar, neredeyse tüm elektriksel iletim mesafesini ortadan kaldırmak için anahtar ASIC’lerinin veya işlemci çiplerinin hemen yanına yerleştiriliyor. 2023 yılında, birçok şirket anahtarlarda birlikte paketlenmiş optikleri (ör. Broadcom’un entegre lazer fotonik motorlu 25,6 Tb/sn ve 51,2 Tb/sn anahtar prototipleri) sergiledi. Sektör yol haritaları, birlikte paketlenmiş silikon fotoniklere sahip 51,2 Tb/sn Ethernet anahtar çiplerinin önümüzdeki bir iki yıl içinde piyasaya çıkacağını öngörüyor tanaka-preciousmetals.com ve yaklaşık 2026–2027 civarında, doğrudan optik G/Ç kullanan ilk CPU/GPU’ları göreceğimiz tahmin ediliyor nextplatform.com. Başka bir deyişle, ara bağlantıların optik çağı pratik sistemlerde doğmak üzere. Intel, Nvidia ve Cisco gibi şirketler CPO çözümleri geliştirmek için aktif olarak çalışıyor. Hatta Intel’in Tomambe projesi ve diğerleri, anahtar çiplerle entegre 1,6 Tb/sn fotonik motorları şimdiden sergiledi tanaka-preciousmetals.com. Genel görüş şu: yıllarca süren araştırmalardan sonra, birlikte paketlenmiş optikler prototipten ürüne geçiyor ve ışık kaynaklarını veri kaynağına yaklaştırarak bit başına gücü azaltmayı hedefliyor (bir tahmine göre takılabilir modellere kıyasla %30 güç tasarrufu laserfocusworld.com).
Yatırım ve Girişim Faaliyetlerinde Patlama: Son birkaç yılda silikon fotonik girişimlerine büyük yatırımlar ve finansmanlar yapıldı. Bu, sektörün teknolojinin geleceğine olan güvenini yansıtıyor. Örneğin, 2024’ün sonlarında Ayar Labs, optik I/O çözümlerini ölçeklendirmek için 155 milyon dolarlık Seri D turu topladı (bu da şirketi “unicorn” statüsüne, 1 milyar doların üzerinde bir değerlemeye taşıdı); özellikle bu turda Nvidia, AMD ve Intel’in stratejik yatırımları da yer aldı nextplatform.com. Benzer şekilde, fotonik bilişim girişimi Lightmatter, optik yapay zeka hızlandırıcı platformunu geliştirmek için 2024’te 400 milyon dolar fon sağladı nextplatform.com. Bir diğer girişim olan Celestial AI, yapay zeka için optik ara bağlantılara odaklanıyor; sadece 2024’ün başında 175 milyon dolar toplamakla kalmadı, aynı zamanda Ekim 2024’te Rockley Photonics’in silikon fotonik fikri mülkiyet portföyünü satın aldı (bir zamanlar algılamaya odaklı bir fotonik firması) ve bunun için 20 milyon dolar ödedi datacenterdynamics.com. Bu satın alma, Celestial AI’ya silikon fotonik alanında 200’den fazla patent kazandırdı ve sektörde bir miktar konsolidasyonun sinyalini verdi – değerli fotonik teknolojisine sahip küçük oyuncular (Rockley, giyilebilir cihazlar için gelişmiş modülatörler ve entegre optikler geliştirmişti) veri merkezi ve yapay zeka pazarlarını hedefleyen şirketlere entegre ediliyor. Ayrıca HyperLight ve Lightium, ince film lityum niyobat fotonik çiplerinde uzmanlaşmış iki girişim, 2023’te toplamda 44 milyon dolarlık yatırım çekti optics.org; bu da silikon fotoniği geliştirmek için yeni malzemelere olan ilgiyi gösteriyor (TFLN modülatörler daha yüksek hız ve düşük kayıp sunabiliyor). Genel olarak, silikon fotonik şirketlerine yapılan VC fonlaması ve kurumsal destek tüm zamanların en yüksek seviyesinde; bu da optik teknolojinin geleceğin yarı iletkenleri için kritik olduğunun fark edildiğini gösteriyor.
Teknolojinin Olgunlaşması ve Ekosistemin Büyümesi: Bir diğer eğilim ise silikon fotonik ekosisteminin olgunlaşmasıdır. Artık daha fazla dökümhane ve tedarikçi bu alanda yer alıyor. Geçmişte, yalnızca birkaç oyuncu (Intel veya Luxtera gibi) uçtan uca yeteneklere sahipti. Şimdi ise GlobalFoundries, TSMC ve hatta STMicroelectronics gibi büyük yarı iletken dökümhaneleri, müşteriler için silikon fotonik proses hatları veya standartlaştırılmış fotonik PDK’lar (Proses Tasarım Kitleri) sunuyor ansys.com. Bu standartlaşma, yeni kurulan veya daha küçük şirketlerin kendi fabrikalarını kurmadan fotonik devreler tasarlayıp ürettirebileceği anlamına geliyor – tıpkı fabrikasız elektronik çip şirketlerinin çalışma şekline benzer şekilde. Fotonik çipler için düzenli çoklu-proje gofret (MPW) servisleri var; burada birden fazla tasarım bir gofret üretiminde paylaşılıyor ve prototipleme maliyeti büyük ölçüde azalıyor. Sektör grupları, fotonik çiplerin ürünlere daha kolay entegre edilebilmesi için standartlaştırılmış paketleme çözümleri (optik I/O arayüzleri, fiber ekleme yöntemleri) üzerinde çalışıyor. Amerikan Entegre Fotonik Üretim Enstitüsü (AIM Photonics)’nün kurulması büyük bir destek oldu: Bu kamu-özel sektör konsorsiyumu New York’ta bir silikon fotonik dökümhanesi ve paketleme hattı kurdu ve yakın zamanda 321 milyon dolarlık, 7 yıllık bir program (2028’e kadar) ile ABD’de entegre fotonik üretimini ilerletmek için ödüllendirildi nsf.gov. Benzer şekilde, Avrupa’da IMEC (Belçika) ve CEA-Leti (Fransa) gibi araştırma enstitüleri silikon fotonik platformları sağlıyor ve bir fotonik girişim kümesi oluşturdu. Çin’de de InnoLight ve Huawei gibi şirketlerin yerli fotonik çip yeteneklerine yatırım yapmasıyla silikon fotonik alanı hareketleniyor optics.org optics.org. Tüm bu gelişmeler, silikon fotoniğin artık deneysel bir teknoloji olmadığını – yarı iletken araç kutusunun standart bir parçası haline geldiğini gösteriyor.
Daha Yüksek Hızlar ve Yeni Malzemeler: Teknolojik olarak, silikon fotonik cihazların performansını artırmada hızlı bir ilerleme görüyoruz. 800G optik alıcı-vericiler şu anda örnekleniyor, 1.6 Tb/s modüller gösterildi optics.org ve 3.2 Tb/s takılabilir modüllerin 2026 yılına kadar piyasaya çıkması bekleniyor optics.org. Bu hızlara ulaşmak için mühendisler, 16 kanallı dalga boyu çoğullamadan gelişmiş modülasyon formatlarına kadar her şeyi kullanıyor – temelde optik alanı daha fazla bit sığdırmak için kullanıyorlar. Cihaz seviyesinde, silikonun sınırlamalarını aşmak için yeni malzemeler silikon fotoniğe entegre ediliyor. Bunun en iyi örneği, ince film lityum niyobat (TFLN)’ın silikona entegre edilmesi; bu, düşük kayıplı ve çok hızlı Pockels etkili modülatörler sağlıyor. Bu, gelecekteki 1.6T ve 3.2T bağlantılar veya hatta kuantum uygulamaları için uygun, 100+ GHz modülasyon bant genişliğini destekleyen modülatörleri mümkün kılabilir optics.org. HyperLight gibi girişimler bu hibrit LiNbO3/Si çipleri ticarileştiriyor. Ar-Ge’deki diğer malzemeler arasında baryum titanat (BTO) elektro-optik modülatörler ve çip üstü lazerler/güçlendiriciler için nadir toprak katkılı malzemeler bulunuyor optics.org. Ayrıca, daha iyi lazerler ve optik güçlendiriciler için III-V yarı iletkenlerin (InP, GaAs) silikona entegrasyonu üzerinde de çalışmalar sürüyor – örneğin, doğrudan silikona büyütülen kuantum nokta lazerler büyük ilerleme kaydetti ve önceki girişimlerde yaşanan güvenilirlik sorunlarını çözdü nature.com nature.com. Kısacası, silikon fotonik için malzeme paleti genişliyor ve bu da daha yüksek performans ve yeni işlevsellik sağlayacak. Hatta silikon-fotonik tabanlı mikrokomb (optik frekans tarak kaynakları) gibi teknolojilerin, on yıl önce hayal bile edilemeyecek kadar hızlı veri iletimi ve hassas spektroskopi gibi uygulamalarda kullanıldığını görüyoruz.
Ortaya Çıkan Uygulamalar & Ürünler: Temel uygulamaların yanında, 2025’te bazı yeni kullanım alanları ortaya çıkıyor. Bunlardan biri, yapay zeka için optik hesaplama (daha önce tartışıldı); bu alan araştırma demolarından erken ürünlere geçiyor – örneğin, Lightelligence yapay zeka çıkarımını hızlandırmak için bir fotonik hesaplama donanımı tanıttı. Bir diğeri ise, ileri paketlemede çipten çipe optik bağlantılar: şirketler çoklu çip modülleri ve çipletleri araştırırken, optik bağlantılar bu çipletleri bir paket veya interposer üzerinde yüksek hızda bağlayabiliyor. UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) gibi standartlar bile optik PHY uzantılarını değerlendiriyor. Devletin de ilgisi var: DARPA ve diğer kurumların, savunma sistemlerinde (yüksek seviye işlem ve RF sinyal yönlendirme için) fotonik ara bağlantılar kullanmaya yönelik programları bulunuyor. Tüketici alanında ise, birkaç yıl içinde optik G/Ç’nun tüketici cihazlarında yer alabileceğine dair spekülasyonlar var – örneğin, yüksek bant genişliğine sahip sensör bağlantıları için silikon fotonik çip kullanan bir AR/VR başlığı veya AR gözlükleri için optik Thunderbolt kablosu. Henüz burada olmasa da, bu fikirler çizim tahtasında.

Özetle, 2025, silikon fotoniğini bir dönüm noktasında buluyor: önemli ticari ürünler piyasaya sürülüyor (özellikle ağ alanında), büyük yatırımlar akıyor ve ekosistem olgunlaşıyor. Optiğin, gelecekte bilgi işlem ve bağlantıda temel bir rol oynayacağı giderek daha netleşiyor. Bir sektör yorumcusunun dediği gibi, bu on yılın ikinci yarısında birçok kişi optik G/Ç’nun pilot hatlardan ana akım üretime geçmesini bekliyor – “2025 nesli hesaplama motorlarında silikon fotonik olmayabilir, ancak 2026 neslinde olabilir ve 2027 neslinde neredeyse kesinlikle olacak”, çünkü nihayetinde başka seçeneğimiz yok – “bakırın zamanı doldu.” nextplatform.com

Zorluklar ve Sınırlamalar

Tüm bu heyecana rağmen, silikon fotonik birkaç zorluk ve sınırlamayla karşı karşıya; araştırmacılar ve mühendisler bunları aşmak için aktif olarak çalışıyor. Dönüştürücü bir teknoloji, ancak henüz sihirli bir çözüm değil – en azından şimdilik. İşte başlıca engeller:

Işık Kaynaklarının Entegrasyonu: Belki de en kötü şöhretli sınırlama, silisyumun ışık üretmede iyi olmamasıdır. Silisyum dolaylı bir bant aralığına sahiptir, yani bir lazer veya verimli bir LED olarak çalışamaz. Fotonik öncüsü John Bowers’ın açıkça belirttiği gibi, “Silisyum ışık yayıcı olarak inanılmaz derecede kötüdür.” nature.com İç verimliliği neredeyse sıfırdır – silisyumdaki yaklaşık bir milyon elektrondan biri bir foton üretir – oysa indiyum fosfit veya galyum arsenit gibi III-V yarı iletkenler neredeyse %100 verimlilikle ışık yayabilir nature.com. Bu, bir silisyum fotonik çipte lazerlere sahip olmak için genellikle başka malzemeler eklemeniz gerektiği anlamına gelir. Bu, hibrit entegrasyon (lazer diyotlu bir InP gofret parçasının silisyum gofrete bağlanması) veya doğrudan silisyum üzerinde nanoyapılı III-V lazerlerin büyütülmesi gibi daha yeni tekniklerle yapılabilir. Bu alandaki ilerleme umut verici olmuştur: şirketler ve laboratuvarlar (Intel, UCSB, vb.) hibrit entegre lazerleri ölçekli olarak göstermiştir ve yakın zamanda 300 mm silisyum gofretler üzerinde iyi güvenilirliğe sahip kuantum nokta lazerler bile büyütülmüştür nature.com nature.com. Yine de, lazerlerin entegrasyonu karmaşıklık ve maliyet ekler. Lazer çip dışında ise (ayrı bir lazer modülünde fiber ile bağlanmışsa), o ışığı küçük çip içi dalga kılavuzlarına verimli bir şekilde bağlama zorluğu ile karşılaşırsınız. Kısacası, ışığı çipe almak kolay bir iş değildir. Sektör, heterojen entegrasyon (bir çipte birden fazla malzeme) ve hatta elektrikle pompalanan Germanyum-Silisyum lazerleri veya Silisyum üzerinde Raman lazerleri gibi yeni yaklaşımlar gibi çözümleri araştırıyor, ancak bunlar hâlâ gelişmektedir. 2025 itibarıyla, çoğu silisyum fotonik sistemi ya hibrit lazerler ya da harici olarak bağlanan lazerler kullanmaktadır. Bu, devam eden araştırmanın kilit alanlarından biridir.
Üretim ve Verim: Silikon fotonik devreler mevcut fabrikalarda üretilebilir, ancak elektronik çiplere göre farklı gereksinimleri vardır. Öncelikle, optik sistemler boyutların çok hassas kontrolünü gerektirir – dalga kılavuzu genişliği veya aralığındaki sadece birkaç nanometrelik değişiklikler, rezonatörlerin dalga boyunu veya ışığın fazını değiştirebilir. Yüksek verim (yani birçok çipte tutarlı performans) elde etmek zordur. Ayrıca, tek bir üretim sürecinde birden fazla malzeme türünü (silikon, silikon nitrür, III-V’ler, metaller) entegre etmek karmaşıklık getirebilir. Fiberlerin çipe bağlanması da bir verim ve üretim zorluğudur; mikron ölçekli dalga kılavuzu yüzeylerine çok küçük optik fiberleri hizalamak, şu anda genellikle pahalı aktif hizalama gerektirir. Bu adımların bazıları üretimde hâlâ yarı manuel olarak yapılmaktadır ve bu da iyi ölçeklenmez. Paketleme tekniklerini geliştirmek için çok fazla çalışma yapılmaktadır; örneğin, standartlaştırılmış fiber bağlama üniteleri kullanmak veya fiberlerin çipin üstünden daha kolay ışık bağlamasını sağlayan ızgara kuplörleri entegre etmek gibi. Birleşik elektronik + fotonik çiplerin paketlenmesi de zordur – örneğin, aynı pakette bir fotonik yonga ve bir elektronik ASIC varsa, bunları hizalamanız ve ayrıca ısıyı yönetmeniz gerekir (çünkü çalışan elektronikler çok ısındığında fotoniği bozabilir). Ansys, elektronik ve fotoniğin aynı çipi paylaşması durumunda, üretim yaklaşımının her birinin ihtiyaçlarını dengelemesi gerektiğini ve ayrı çipler olmaları durumunda ise gelişmiş paketleme gerektiğini belirtir – “elektronikteki ısı üretimi fotoniği etkileyebilir.” ansys.com Termal ayar başka bir sorundur: birçok silikon fotonik filtre ve modülatör termal etkilere dayanır, bu nedenle sıcaklıktaki değişiklikler devreleri ayar dışı bırakabilir ve dengelemek için güç gerektirir. Tüm bunlar üretimi karmaşıklaştırır ve maliyeti artırır.
Maliyet ve Hacim: Maliyetten bahsetmişken – silikon fotoniği, yüksek hacimli silikon fabrikalarını kullanarak düşük maliyet vaat etse de, günümüzde bu cihazlar hâlâ nispeten niş ve pahalı. Sektör milyonlarca birim sevk ediyor (veri merkezlerinde alıcı-verici olarak), ancak maliyetleri gerçekten düşürmek için muhtemelen yılda milyarlarca birim sevk etmesi gerekecek ansys.com. Başka bir deyişle, henüz emtia elektroniği ölçeğine ulaşmış değil. Cihazlar genellikle ayrıca özel paketleme (bahsedildiği gibi) ve test gerektiriyor, bu da maliyeti artırıyor. Veri merkezleri için mevcut bir silikon fotonik alıcı-verici yüzlerce veya binlerce dolara mal olabilir, bu da o pazar için kabul edilebilir, ancak tüketici pazarları için çok yüksek. Ekonomi çok büyük ölçekte biraz belirsiz – bir raporda belirtildiği gibi, büyük bulut alıcıları silikon fotoniği yaygın olarak benimserlerse güvenilirlik ve maliyet yapısı konusunda endişeliler, çünkü teknoloji henüz ana akım silikonun üretim öğrenme eğrisine ulaşmadı nextplatform.com. Ancak, maliyetler istikrarlı bir şekilde iyileşiyor ve dökümhane-standart PDK’lar ve otomasyon gibi çabalar yardımcı oluyor. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, hacim arttıkça (AI ve veri merkezleri tarafından yönlendiriliyor), maliyetlerin düştüğünü göreceğiz, bu da daha fazla pazarın açılmasını sağlayacak (bu döngü bir kez başladığında kendi kendini besler). Yine de, 2025’te cihaz başına maliyet, maliyete duyarlı uygulamalarda silikon fotoniğin benimsenmesi için sınırlayıcı bir faktör olabilir.
Güç Tüketimi ve Verimlilik: Silikon fotoniği çok yüksek hızlarda veri aktarımı için gücü azaltabilse de, cihazların kendisi hâlâ güç tüketiyor – örneğin modülatörler genellikle akım çeken termal ayar veya PN bağlantıları kullanıyor ve lazerler de elbette güç harcıyor. Elektronik sinyalleri optiğe ve tekrar elektroniğe dönüştürmenin bir ek yükü var. Sistemde gerçekten güç tasarrufu sağlamak için, bu ek yüklerin uzun elektriksel bağlantılardan vazgeçmenin getirdiği tasarruftan daha küçük olması gerekir. Günümüz silikon fotonik alıcı-vericileri oldukça güç verimli (optik dönüşüm için bit başına birkaç pikojul mertebesinde), ancak özellikle optik G/Ç yonga üzerinde veya bellek veri yollarında kullanılırsa, verimliliğin çok yüksek olması gerektiğinden daha da düşük seviyelere ulaşmak için çaba var. Umut vadeden bir yaklaşım, ışığı çok düşük voltajla (dolayısıyla daha düşük güçle) modüle edebilen elektro-optik malzemeler (LiNbO3 veya BTO gibi) kullanmak, termal ayar yerine. Ayrıca, daha verimli ışık kaynaklarının (kuantum nokta lazerleri gibi) entegre edilmesi, lazer güç israfını azaltabilir (mevcut dağıtılmış geri beslemeli lazerler genellikle enerjinin çoğunu ısı olarak boşa harcar). Yani silikon fotoniği makro ölçekte bağlantı gücü sorununu çözerken, mikro ölçekte mühendisler hâlâ cihaz bazında güç tüketimini optimize ediyor. İyi haber: mevcut teknolojiyle bile, birlikte paketlenmiş optikler toplam bağlantı gücünü geleneksel tak-çıkar modellere göre yaklaşık %30 azaltabiliyor laserfocusworld.com, ve gelecekteki iyileştirmeler muhtemelen bu kazançları artıracak.
Tasarım ve Tasarım Araçları: Bu daha az belirgin bir zorluktur ancak önemli bir konudur: fotonik devrelerin tasarımı yeni bir yetenek setidir ve fotonik için EDA (Elektronik Tasarım Otomasyonu) araçları elektroniklerinki kadar olgun değildir. Optik devrelerin simülasyonu, özellikle çok sayıda bileşene sahip büyük devrelerde, karmaşık olabilir. Üretimdeki değişkenlik tasarımda dikkate alınmalıdır (küçük hataları düzeltmek için termal ayarlayıcılar gerekebilir). Elektronik ve fotonik devre bölümlerini birlikte optimize edebilen, genellikle EPDA (Elektronik Fotonik Tasarım Otomasyonu) olarak adlandırılan daha iyi tasarım araçlarına ihtiyaç vardır. Ekosistem gelişiyor – Synopsys, Cadence ve Lumerical (Ansys) gibi şirketlerin fotonik tasarım için araçları var – ancak hâlâ gelişen bir alandır. İlgili bir sorun da bazı alanlarda standart eksikliği: birçok dökümhane PDK sunarken, her biri farklı bileşen kütüphaneleri ve parametrelere sahip olabilir. Bu, tasarımların elektronik tasarımlar kadar taşınabilir olmasını engelleyebilir. Sektör ortak standartlara doğru ilerliyor (örneğin, fotonik devreler için yerleşim değişim formatı veya standartlaştırılmış bileşen modelleri), ancak tasarım akışını kolaylaştırmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var. Güçlü bir yetenek havuzu oluşturmak da çok önemlidir: hem RF/mikrodalga analog tarzı tasarımı hem de optik fiziği anlayan mühendislere ihtiyaç vardır ve bu kişiler azdır (ancak artık birçok üniversite bu disiplinler arası alanda mezunlar yetiştiriyor).
Performans Sınırlamaları: Silikon fotonik bazı metrikleri büyük ölçüde iyileştirse de, kendi fiziksel sınırlamaları vardır. Dalgakılavuzlarda optik kayıp, düşük olsa da (~dB/cm aralığında), büyük devrelerde birikir ve dar kıvrımlar veya küçük özellikler kaybı artırabilir. Ayrıca, fiberden çipe bağlantı kaybı da en aza indirilmelidir. Silikonun termal hassasiyeti (kırılma indisi sıcaklıkla değişir) nedeniyle birçok silikon fotonik devre stabilizasyon veya kalibrasyon gerektirir. Bant genişliği sınırlamaları modülatörlerde veya dedektörlerde ortaya çıkabilir – örneğin, silikon halka modülatörlerin sonlu bant genişliği vardır ve sıcaklığa duyarlı olabilirler, Mach-Zehnder modülatörler ise çok yüksek hızda bozulma olmadan çalışmak için dikkatli mühendislik gerektirir. Dalgakılavuzlarda kromatik dispersiyon çok geniş dalga boyu uygulamalarını sınırlayabilir (ancak genellikle çip üzerindeki kısa mesafelerde sorun değildir). Bir diğer ince nokta: elektronik-fotonik entegrasyon, genellikle elektroniğin birlikte tasarlanmasını (örneğin, sürücü yükselteçleri, dedektörler için TIA’lar) fotonikle birlikte gerektirir. Aralarındaki arayüz genel performansı sınırlayabilir (örneğin, bir modülatör belirli bir voltaj salınımına ihtiyaç duyuyorsa, bunu hızlıca sağlayabilen bir sürücüye ihtiyacınız vardır). Yani sistem mühendisliği karmaşıktır. Ayrıca, tüm uygulamalar fotoniği haklı çıkarmaz – çok kısa, düşük hızlı bağlantılar için elektriksel çözümler hâlâ daha ucuz ve basit olabilir. Bu nedenle, silikon fotoniğin maksimum fayda için nerede kullanılacağını bilmek de başlı başına bir değerlendirme konusudur.

Özetle, bu zorlukların hiçbiri tek başına aşılmaz engeller olmasa da, topluca bakıldığında silikon fotoniğinin hâlâ gelişmeye ihtiyacı olduğu anlamına geliyor. Fotonik ve elektronik alanındaki en parlak zihinlerin birçoğu bu sorunları aktif olarak ele alıyor: daha iyi lazerlerin entegrasyonu, paketlemenin iyileştirilmesi, üretimin ölçeklendirilmesi ve tasarım yeteneklerinin genişletilmesi. Sadece son birkaç yıldaki ilerleme bile umut verici. Prof. Bowers’ın belirttiği gibi, III-V lazerlerin CMOS’a entegrasyonu, verimin ve fiber bağlantısının iyileştirilmesi ve maliyetin düşürülmesi gibi zorlukların hepsi “ilerleme… çok hızlı” ile ele alınıyor. nature.com Her yıl yeni gelişmeler yaşanıyor ve laboratuvar prototipi ile seri üretim arasındaki fark biraz daha azalıyor. Elektronik entegre devrelerin bugünkü ölçeğe ulaşması için onlarca yıl yoğun çaba harcandığını hatırlamakta fayda var – silikon fotonik ise karşılaştırıldığında yolculuğunun çok daha erken bir aşamasında, ancak hızla yetişiyor.

Alanın Önde Gelen Şirketleri ve Kurumları

Silikon fotonik küresel bir girişim haline geldi ve birçok şirket (start-up’lardan teknoloji devlerine kadar) ve araştırma kurumu bu alana öncülük ediyor. Piyasa araştırmalarına göre, silikon fotonik pazarındaki en büyük oyuncular (2025 itibarıyla) Cisco, Intel ve IBM gibi sektör devlerinin yanı sıra NeoPhotonics (Lumentum), Hamamatsu Photonics ve STMicroelectronics gibi uzmanları da içeriyor. expertmarketresearch.com. İşte bazı önemli katkı sağlayanların genel bir görünümü:

Intel Corporation (ABD): Silikon fotoniğinde öncü olan Intel, bu teknolojiye erken ve yoğun bir şekilde yatırım yaptı. 2016 yılında ilk 100G silikon fotonik alıcı-vericilerden birini tanıttı ve o zamandan beri milyonlarca cihaz sevk etti optics.org. Intel, silikon fotoniği yüksek hızlı optik alıcı-vericilerde kullanıyor ve bunu gelecekteki sunucu CPU’larına ve uç uygulamalara taşımaya çalışıyor. Şirketin vizyonu, fotonik ile “gelecekteki veri merkezi bant genişliği büyümesini sağlamak”, 100G’den 400G’ye ve ötesine ölçeklenmek ve 5G ve otonom araçlar gibi uygulamalar için optiği işlemcilerle entegre etmektir expertmarketresearch.com, tanaka-preciousmetals.com. Intel’in Silikon Fotonik bölümü yakın zamanda üretim için Jabil ile ortaklık kurdu, bu da yüksek hacimli üretime doğru bir olgunlaşmaya işaret ediyor optics.org. Intel ayrıca anahtarlar için birlikte paketlenmiş optikler üzerinde araştırma yapıyor ve birçok fotonik girişiminde (örneğin Ayar Labs gibi) pay sahibi.
Cisco Systems (ABD): Bir ağ devi olan Cisco, silikon fotoniğine satın almalar yoluyla (ör. 2019’da Luxtera’nın satın alınması) girdi ve şimdi veri merkezleri ve telekom için önde gelen silikon fotonik optik alıcı-verici tedarikçilerinden biri. Cisco, fotonik teknolojisini 100G/400G takılabilir modüllerden gelecekteki birlikte paketlenmiş optik anahtarlara kadar uzanan ürünlerde kullanıyor. Cisco’nun çözümleri, yüksek yoğunluk ve güç verimliliği sağlayan fotonik IC’lerin şirket içinde tasarlanmasından faydalanıyor. Cisco, silikon fotoniğinden yararlanarak müşterilerine daha küçük form faktörlerinde yüksek hızlı bağlantılar sunuyor. 2025 yılında Cisco, silikon fotoniği hacimli olarak sevk eden pazar liderlerinden biri expertmarketresearch.com.
IBM Corporation (ABD): IBM, optik ara bağlantı araştırmalarında uzun bir geçmişe sahiptir. On yılı aşkın Ar-Ge deneyimine sahip Silikon Fotonik ekibi, kart düzeyinde ve işlemci düzeyinde ara bağlantılara yönelik yüksek hızlı optik bağlantı teknolojisi geliştirdi expertmarketresearch.com. IBM’in araştırmaları, silikon mikro halka modülatörleri, dalga boyu çoğullama ve paketleme alanlarında ilerlemeler sağladı. IBM, Intel veya Cisco gibi alıcı-verici satmasa da, genellikle prototipler üzerinde iş birliği yapar (örneğin, IBM ve Mellanox 2015’te sunucular için bir optik ara bağlantı gösterdi). IBM’in vurgusu, fotoniği bilgi işlem darboğazlarını çözmek için kullanmak üzerinedir (örneğin, POWER10 işlemcisi, ortaklıklar yoluyla yonga dışı sinyalizasyon için fotonik bağlantılar kullanır). IBM ayrıca standartlara ve açık araştırmalara katkıda bulunur; çalışmaları genellikle OFC ve CLEO gibi konferanslarda yer alır.
NeoPhotonics/Lumentum (ABD): NeoPhotonics (2022 itibarıyla artık Lumentum’un bir parçası) telekom ve veri merkezi için lazerler ve fotonik bileşenler konusunda uzmanlaşmıştır. Ultra saf ışık ayarlanabilir lazerler ve yüksek hızlı modülatörler geliştirmişlerdir. Özellikle, NeoPhotonics dalga başına 400G iletişim için silikon fotonik koherent optik alt montajları (COSA) tanıttı ve 800G ve ötesi üzerinde araştırmalar yapıyordu expertmarketresearch.com. Lumentum’un (optik endüstrisinin büyük oyuncularından biri) bir parçası olarak, bu uzmanlık telekom için yeni nesil koherent alıcı-vericiler ve takılabilirler geliştirilmesine katkı sağlıyor. Lumentum’un sahipliği, bu silikon fotonik ürünlerin Lumentum’un mevcut fotonik portföyüyle (ör. indiyum fosfit modülatörleri ve yükselteçleri) entegre edilebileceği anlamına geliyor.
Hamamatsu Photonics (Japonya): Optoelektronik bileşenlerde lider olan Hamamatsu, çok çeşitli fotonik cihazlar (fotodiyotlar, fotoçoğaltıcılar, görüntü sensörleri vb.) üretmektedir. Hamamatsu, silikon süreçlerini benimseyerek silikon fotodiyot dizileri ve silikon tabanlı optik sensörler gibi ürünler üretmektedir expertmarketresearch.com. Yüksek hızlı alıcı-vericilere o kadar odaklanmamış olsa da, Hamamatsu’nun silikon fotonik çalışmaları algılama ve bilimsel enstrümantasyonda çok önemlidir. Silikon PIN fotodiyotlar, APD’ler ve optik sensör çipleri sağlayarak optik iletişim alıcıları ve LiDAR dedektörleri için temel oluştururlar. Düşük gürültülü, yüksek hassasiyetli fotonik konusundaki uzmanlıkları, silikon fotoniğin dijital iletişim tarafını tamamlar.
STMicroelectronics (İsviçre/Avrupa): STMicro, kendi silikon fotonik kapasitesini geliştirmiş büyük bir yarı iletken üreticisidir. STMicro’nun odak noktası entegre görüntüleme ve algılama çözümleri olmuştur – örneğin, fiber optik jiroskoplar için silikon fotonik çipler üretmiş ve Avrupa konsorsiyumlarında optik ara bağlantı Ar-Ge’sinde çalışmıştır. STMicro’nun gelişmiş fabrikaları ve MEMS yeteneği, diğer sensörler veya elektroniklerle entegrasyon gerektiren silikon fotonik için iyi bir konum sağlar expertmarketresearch.com. Fransa ve İtalya gibi ülkeler (ST’nin büyük operasyonlarının olduğu yerler) girişimler aracılığıyla fotoniği destekler ve ST genellikle bu girişimlerde ortaktır. Ayrıca, endüstriyel ve otomotiv sistemler için bazı silikon fotonik bileşenler tedarik ettiği de söylentiler arasındadır.
GlobalFoundries (ABD) ve TSMC (Tayvan): Bu sözleşmeli çip üreticileri, her biri silikon fotonik çözümleri oluşturmuştur. GlobalFoundries, iyi bilinen 45 nm silikon fotonik sürecine (GF 45CLO) sahiptir ve Ayar Labs gibi girişimlerle optik I/O çipleri üretmek için ortaklık kurmuştur. TSMC daha gizli davranmakta, ancak büyük teknoloji firmalarıyla fotonik entegre çipler üretmek için çalıştığı bildirilmektedir (örneğin, bazı Apple söylentileri TSMC’nin fotonik sensörlerde yer aldığını öne sürüyor). Her ikisi de üretimin ölçeklenmesinde kritik öneme sahiptir – büyük dökümhanelerin dahil olması, herhangi bir fabrikasız şirketin fotonik çiplerin prototipini ve seri üretimini daha kolay alabileceği anlamına gelir. Aslında, bu tür dökümhanelerin dahil olması, silikon fotoniğin ana akım haline geldiğinin güçlü bir göstergesidir.
Infinera (ABD) ve Coherent/II-VI (ABD): Infinera, fotonik entegre devreleri (ancak indiyum fosfit üzerinde) erken dönemde savunan bir telekom ekipmanı üreticisidir. O zamandan beri bazı ürünlerinde veya InP PIC’leriyle birlikte paketleme için silikon fotoniğini de kullanmaya başladılar. Coherent (Finisar’ı satın aldıktan sonra adını Coherent olarak değiştirdi) optik bileşenlerde derinlemesine yer almaktadır; kendi InP fabrikalarına sahipler ancak veri merkezleri için silikon fotonik alıcı-vericiler de geliştiriyorlar optics.org. Bu şirketler, telekom düzeyinde güvenilirlik ve performansa odaklanarak silikon fotoniğinin taşıyıcı sınıfı gereksinimleri karşılamasını sağlıyor (ör. mesafe üzerinden koherent bağlantılar için 400ZR modülleri).
Ayar Labs, Lightmatter ve Startuplar: Bir dalga yenilikçi startup silikon fotoniğini yeni alanlara taşıyor. Ayar Labs’ı (AI/HPC için optik I/O) ve Lightmatter’ı (optik hesaplama) tartıştık. Diğerleri arasında Lightelligence (başka bir optik AI çip girişimi), Luminous Computing (AI için fotonik ve elektroniği entegre ediyor), Celestial AI (hesaplama kümeleri için optik ağ), OpenLight (entegre lazerli açık bir fotonik platform sunan ortak girişim) ve Rockley Photonics (sağlık sensörlerine odaklanıyor, şimdi çoğunlukla Celestial tarafından satın alındı) yer alıyor. Bu startuplar iddialı yaklaşımları ile dikkat çekiyor – örneğin, Lightmatter’ın 3D entegre fotonik tensör çekirdeği veya Luminous’un tam yığın bir fotonik bilgisayar inşa etme girişimi. Genellikle büyük şirketlerle iş birliği yapıyorlar (örneğin, HPE, bir süper bilgisayar ara bağlantı kumaşında optik ara bağlantılar kullanmak için Ayar Labs ile ortaklık kurdu nextplatform.com). Startup sahnesi canlı ve varlıkları, köklü şirketleri daha hızlı hareket etmeye itti. Bir sektör gözlemcisi, Ayar’ın yanı sıra Lightmatter ve Celestial AI gibi şirketlerin “tümünün, silikon fotoniği hesaplama motorları ve ara bağlantılar arasında köprü kurarken bazı ilerlemeler kaydetme şansı olduğunu” belirtti. nextplatform.com
Akademik ve Araştırma Kurumları: kurumsal tarafta, önde gelen üniversiteler ve ulusal laboratuvarlar silikon fotoniğinin ilerlemesinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Prof. John Bowers yönetimindeki California Üniversitesi, Santa Barbara (UCSB), hibrit silikon lazerler ve silikon üzerinde kuantum nokta lazerleriyle öncülük eden bir güç merkezi olmuştur. MIT, Stanford, Columbia (Prof. Michal Lipson’ın grubu ile) ve Caltech, yeni modülatör fiziğinden fotonik hesaplama mimarilerine kadar her konuda çalışan diğer ABD’deki silikon fotoniği araştırmalarının merkezlerindendir. Avrupa’da ise Belçika’daki IMEC, önde gelen bir silikon fotoniği programı ve çoklu-proje gofret servisi (iSiPP) yürütmekte, Southampton Üniversitesi, TU Eindhoven, EPFL ve diğerleri güçlü araştırma gruplarına sahiptir. ABD’deki AIM Photonics enstitüsü (yukarıda bahsedildiği gibi) bu üniversitelerin ve şirketlerin birçoğunu bir araya getirerek iş birliği yapmalarını sağlamakta ve ulusal bir üretim altyapısı sunmaktadır. MIT Lincoln Lab ve IMEC gibi devlet laboratuvarları, savunma için gelişmiş entegre fotonikler (ör. LiDAR için optik faz dizileri) bile göstermiştir. Ayrıca, uluslararası iş birlikleri ve konferanslar (Optik Fiber Konferansı, ISSCC, IEEE Photonics Society toplantıları gibi) bu kurumların atılımlarını paylaşmasına olanak tanır. Alan, sağlıklı bir akademi-sanayi hattından faydalanmaktadır: birçok girişimci ve sektör lideri bu araştırma laboratuvarlarında yetişmiş, devam eden akademik araştırmalar ise sınırları zorlamaya devam etmektedir (örneğin, yeni malzeme entegrasyonu veya kuantum fotoniği gibi).

Tüm bu oyuncular – büyük teknoloji şirketleri, uzman bileşen üreticileri, iddialı girişimler ve son teknoloji araştırma laboratuvarları – silikon fotoniğini birlikte ileriye taşıyan zengin bir ekosistem oluşturuyor. Aralarındaki rekabet ve iş birliği inovasyonu hızlandırıyor. Özellikle, jeopolitik bile bir rol oynuyor: ABD, Avrupa ve Çin arasında fotonik teknolojilerde kimin lider olacağına dair bir yarış olduğunun farkındalığı var , çünkü bu alan iletişim ve bilişim için stratejik öneme sahip. Bu da kamu yatırımlarının artmasına yol açtı (örneğin, AB’nin PhotonHub’ı ve Çin’in ulusal fotonik girişimleri). Genel teknoloji meraklısı için çıkarılacak sonuç, dünya genelinde birçok zeki insanın ve ciddi kaynağın gelecekteki çiplerimizin ışıkla iletişim kurmasını sağlamak için seferber olduğudur.

Uzman Görüşleri ve Alıntılar

Silikon fotoniğinin yükselişi boyunca, alandaki uzmanlar etkisini anlamlandırmaya yardımcı olan bakış açıları sundular. İşte bazı önemli görüşler:

Silisyum Fotoniklerinde Paradigma Değişimi Üzerine: “Silisyum fotoniğini sıklıkla sadece artımlı bir iyileştirme olarak değil — bir paradigma değişimi olarak tanımladım,” diyor Soitec yöneticisi René Jonker ve bakır ara bağlantıların sınırlarına ulaşmasının aksine, optik bağlantıların artan veri taleplerini sürdürülebilir şekilde karşılamanın bir yolunu sunduğunu vurguluyor. Maliyetleri düşürmek ve üretimi ölçeklendirmek için hâlâ zorluklar bulunsa da, avantajlar – “daha yüksek bant genişliği, azaltılmış gecikme ve daha düşük güç tüketimi” – silisyum fotoniğini “gelecekteki altyapımızın vazgeçilmez bir parçası” haline getiriyor. laserfocusworld.com
Veri Merkezi Gücü ve Optik Üzerine: 2025 tarihli bir Laser Focus World yorumu veri merkezlerindeki aciliyeti vurguladı: on yılın sonunda, eğilimler devam ederse, veri merkezleri ABD elektriğinin %8’ini tüketebilir ki bu “mevcut elektriksel ara bağlantılarla sürdürülemez.” Yazar şu sonuca vardı: “Silisyum fotoniğiyle mümkün olan optik ara bağlantılar, ileriye dönük tek ölçeklenebilir yol.” laserfocusworld.com Başka bir deyişle, enerji ve bant genişliği darboğazından kaçınmak için optik bağlantılara geçmek sadece bir seçenek değil – gereklilik.
Entegrasyon Zorlukları Üzerine: Fotonik alanında önde gelen isimlerden Profesör John Bowers (UCSB), en büyük zorluk hakkında şunları söyledi: “En büyük zorluk, III–V malzemelerin silisyum CMOS’a entegrasyonudur… Yüksek verim, yüksek güvenilirlik, maliyet azaltımı ve fiber bağlantısı konularında hâlâ sorunlar var. Elektronik ve fotoniğin birlikte paketlenmesi bir zorluk… Ama ilerleme çok hızlı.” nature.com Bu, lazerlerin (III–V malzemeler) entegrasyonu ve mükemmel verim elde etmenin zor olduğunu, ancak Intel gibi sektör liderlerinin istikrarlı ilerleme kaydettiğini ve çözümlerin ufukta olduğunu vurguluyor.
Silisyumda Işık Yayımı Üzerine: Aynı röportajda Bowers, lazerlerin neden silisyum dışında bir şeye ihtiyaç duyduğunu renkli bir şekilde anlattı: “Silisyum ışık yayıcı olarak inanılmaz derecede kötüdür. İç kuantum verimliliği milyonda bir civarındadır, oysa doğrudan bant aralıklı III–V’lerin verimliliği neredeyse %100’dür. Başından beri doğrudan bant aralıklı bir yarı iletken gerektiğini biliyordum…” nature.com. Bu açık sözlü değerlendirme, ekibinin neden erken dönemde hibrit lazerler (InP’yi Si’ye bağlama) üzerinde çalıştığını açıklıyor – bu yaklaşım 2007’de Intel’in hibrit silisyum lazeriyle ve sonrasında meyvesini verdi.
Optiklerle Sunucuya Ulaşmak Üzerine: Intel’in Fotonik Kıdemli Direktörü Robert Blum, optiklerin veri merkezlerinde nasıl içeri doğru ilerlediğini şöyle anlattı: “Bugün bir veri merkezine girdiğinizde, 100 Gb/s bakır kablolar göreceksiniz… dört metre için uygun. Ama raftan ötesinde her şey zaten optik kullanıyor. 200 veya 400 Gb/s’ye çıktıkça, bakırın erişimi çok daha kısa oluyor ve optiklerin doğrudan sunucuya kadar gittiği bu eğilimi görmeye başlıyoruz.” tanaka-preciousmetals.com Bu alıntı, devam eden dönüşümü canlı bir şekilde gözler önüne seriyor – optikler, ağın çekirdeğinden kenarlarına doğru bakırı istikrarlı bir şekilde değiştiriyor.
Pazar Büyümesi ve Yapay Zekâ Üzerine: “Yapay zekânın yükselişi, yüksek performanslı alıcı-vericilere eşi görülmemiş bir talep yarattı… Silikon fotonik ve PIC’ler bu devrimin ön saflarında,” diyor IDTechX’ten teknoloji analisti Sam Dale ve silikon fotoniğin “1,6 Tbps ve ötesi hızlar” sunabilme yeteneğine dikkat çekiyor. optics.org Raporu, fotonik entegre devreler pazarının 2035’e kadar neredeyse on kat büyüyebileceğini (54 milyar dolara ulaşabileceğini) öngörüyor; bunun başlıca nedeni ise yapay zekâ veri merkezi ihtiyaçları optics.org.
Bilgi İşlemin Geleceği Üzerine: The Next Platform’dan analistler, optik I/O’nun çok yakında HPC sistemlerine gireceğini öngörüyor. 2026–2027’ye kadar, ana akım CPU/GPU’larda optik arayüzler göreceğimizi, çünkü “kısa vadede başka seçeneğimiz olmadığını” belirtiyorlar. Renkli ifadeleriyle, “Bakırın zamanı doldu.” nextplatform.com Bu, sektördeki yaygın bir hissi özetliyor: elektriksel bağlantılar, bilgi işlemin bir sonraki çağı için yeterli olmayacak ve fotoniğin devralması gerekiyor ki bir duvara çarpılmasın.

Uzmanlardan alınan bu içgörüler, silikon fotoniğin hem vaadini hem de zorluklarını vurguluyor. Tutarlı bir tema var: silikon fotonik dönüştürücü – gerekli bir performans sıçramasını mümkün kılıyor – ancak hızla çözülmekte olan ciddi teknolojik zorluklarla birlikte geliyor. Uzmanlar, iyimserlik (paradigma değişimi, vazgeçilmez gelecek) ve gerçekçilik (entegrasyon sorunları, maliyet ve ölçeklenebilirlik endişeleri) karışımını öne çıkarıyor. Onların bakış açıları, genel bir kitlenin, neden bu kadar çok şirket ve araştırmacının silikon fotonikten heyecan duyduğunu ve ayrıca neden bu teknolojinin hayata geçmesinin birkaç on yıl aldığını anlamasına yardımcı oluyor. İster deneyimli bir araştırmacı ister bir ürün yöneticisi olsun, ön saflardaki seslerden bunu duymak, fizik, mühendislik ve piyasa güçlerinin bu alanda nasıl ilginç şekillerde kesiştiğine dair bir bağlam sunuyor.

Güncel Haberler ve Kilometre Taşları

Silikon fotonik alanı oldukça dinamik. İşte alanın hızlı ilerlemesini gösteren son haber başlıkları ve (son bir yıl içindeki) kilometre taşlarından bazıları:

Celestial AI, Rockley Photonics’in Fikri Mülkiyetini Satın Aldı (Ekim 2024): Yapay zeka için Photonic Fabric™ optik ara bağlantıları geliştiren bir girişim olan Celestial AI, Rockley Photonics’in silikon fotonik patent portföyünü 20 milyon dolara satın aldığını açıkladı datacenterdynamics.com. Rockley, gelişmiş silikon fotonik sensörler geliştirmiş ve iflas etmeden önce sağlık giyilebilirlerine yönelmişti. Bu anlaşma, Celestial AI’ya veri merkezi uygulamalarında faydalı olan elektro-optik modülatörler ve optik anahtarlama teknolojisi dahil olmak üzere 200’den fazla patent kazandırdı datacenterdynamics.com. Bu, fotonik fikri mülkiyetinin yapay zeka/veri merkezi alanında ne kadar değerli hale geldiğini gösteren önemli bir konsolidasyon. Rockley’nin yenilikleri (örneğin algılama için geniş bant lazerler), Celestial’ın optik ara bağlantı çözümlerine entegre edilerek yeni bir hayat bulabilir.
Girişimler İçin Büyük Yatırımlar – Ayar Labs & Lightmatter (2024 Sonu): İki ABD’li girişim büyük yatırım turları gerçekleştirdi. Ayar Labs, Aralık 2024’te 155 milyon dolarlık Seri D turunu kapattı; bu tura yarı iletken sektörünün liderleri (Nvidia, Intel, AMD ve girişim sermayeleriyle birlikte) katıldı nextplatform.com. Bu tur, Ayar’ın değerlemesini 1 milyar doların üzerine çıkardı ve gelecekteki işlemcilerde elektriksel I/O’nun yerini almayı hedefleyen paket içi optik I/O teknolojisine olan güveni gösterdi. Sadece birkaç hafta önce, Lightmatter 400 milyon dolarlık Seri D (Ekim 2024) yatırım aldı, toplam fonunu ikiye katladı ve değerlemesini 4,4 milyar dolara çıkardı nextplatform.com. Lightmatter, yapay zeka hızlandırma için fotonik hesaplama çipleri ve optik ara bağlantı teknolojisi geliştiriyor. Bu kadar büyük yatırımlar dikkat çekici – yatırımcılar (ve stratejik ortaklar) bu girişimlerin optik teknolojiyle yapay zeka ve bilişimdeki kritik sorunları çözebileceğine inanıyor. Ayrıca, bu şirketlerin prototiplerden ürünlere geçmesini bekleyebileceğimiz anlamına geliyor; nitekim Lightmatter test sistemleri kurmaya başladı ve Ayar’ın optik çipletleri HPC sistemlerinde pilot kullanım için planlanıyor.
Intel, Alıcı-Verici Üretimini Jabil’e Dış Kaynak Olarak Veriyor (2023 Sonu): İlginç bir gelişme olarak, Intel 2023’ün sonlarında yüksek hacimli silikon fotonik alıcı-verici işini üretim ortağı Jabil‘e devretmeye karar verdi optics.org. Intel, 2016’dan bu yana 8 milyondan fazla fotonik alıcı-verici çipi sevk etmişti optics.org – bunlar veri merkezlerinde 100G/200G bağlantı için kullanılıyor. Üretimi Jabil’e (bir fason üretici) devrederek, Intel stratejik bir değişime işaret etti: fotoniği kendi ana platformlarıyla (örneğin, birlikte paketlenmiş optikler ve işlemci üzeri fotonik) entegre etmeye odaklanacak, standartlaşmış alıcı-verici pazarını ise bir ortağa bırakacak. Bu hamle aynı zamanda olgunlaşan bir sektörü de yansıtıyor – birkaç yıl önce son teknoloji olan (100G tak-çıkar modüller) artık dış kaynak olarak verilebilecek kadar rutin hale geldi. Jabil ise kendi optik üretim kapasitesini artırıyor ve bu potansiyel olarak başka müşterilere de hizmet edebilir. Intel ve Jabil arasındaki iş birliği, analistler tarafından sektörün önemli bir gelişmesi olarak vurgulandı optics.org ve ekosistemin evriminin bir parçası olarak not edildi.
InnoLight, 1.6 Tb/s Modülünü Tanıttı (2023 Sonu): Daha yüksek hız yarışında, Çinli optik alıcı-verici şirketi InnoLight, 1.6 terabit/saniye optik alıcı-verici prototipine ulaştığını duyurdu optics.org. Bu muhtemelen bir silikon fotonik platformunda birden fazla dalga boyu (ör. 16×100G veya 8×200G kanal) içeriyor. Tek bir modülde 1.6 Tb/s’ye ulaşmak, bazı rakiplerinden bir yıl önce gerçekleşerek Çin’in silikon fotonikteki artan yetkinliğini gösteriyor. InnoLight’ın modülü, raf üstü anahtar bağlantıları veya yapay zeka sistemlerini birbirine bağlamak için kullanılabilir. Ayrıca 3.2 Tb/s modüllerin (örneğin, her biri 400G olan 8 dalga boyu kullanacak) çok uzakta olmadığının da bir işareti – nitekim IDTechX, 2026 yılına kadar 3.2 Tb/s modüller öngörüyor optics.org. Bu, manşetlere çıkan bir rekor olup küresel çapta yoğun rekabeti vurguluyor; Coherent (ABD) ve diğerleri de benzer şekilde 1.6T ve 3.2T tasarımları üzerinde çalışıyor optics.org.
PsiQuantum’un Fotonik Kuantum Çipindeki İlerlemesi (2024): Kuantum cephesinde, PsiQuantum (gizli çalışan ancak GlobalFoundries ile çalıştığı bilinen) kayıp toleranslı fotonik kuantum bilgisayarına giden yolu özetleyen bir çalışma yayımladı ve fotonik kuantum mimarileri için “Omega” adında bir çip duyurdu thequantuminsider.com. Henüz ticari bir ürün olmasa da, bu fotonik kuantum hesaplama donanımının ilerlediğini gösteriyor – ve merkezinde silikon fotonik var. PsiQuantum’un yaklaşımı, binlerce tek-foton kaynağı ve dedektörün entegre edilmesini gerektiriyor. Buradaki haber ise üretilebilirliğin doğrulanması: 2022’de Nature’da yayımlanan bir makale, tek bir silikon fotonik çip üzerinde ölçeklenebilir temel bileşenleri (kaynaklar, filtreler, dedektörler) gösterdi nature.com. Bu, orta 2020’ler ile erken 2030’lar arasında prototip bir milyon kübitlik optik kuantum bilgisayar (uzun vadeli hedefleri) için bir dönüm noktasına doğru ilerlediklerini gösteriyor. Bu tür gelişmeler niş olsa da, üst düzey hesaplamayı yeniden tanımlayabileceği için yakından takip ediliyor.
Lityum Niyobat Fotonik Girişimleri Fonlandı (2023): Belirtildiği gibi, LiNbO₃’ü silikon fotonik ile entegre etmeye odaklanan iki girişim, HyperLight (ABD) ve Lightium (İsviçre), 2023’te toplamda 44 milyon dolar topladı optics.org. Bu fonlama haberi, bir eğilimi öne çıkardığı için dikkat çekiciydi: silikon fotoniğe yeni malzemeler ekleyerek performans sınırlarını aşmak. Bu şirketler, çok düşük kayıpla daha yüksek lineerlikte ve geniş bir dalga boyu aralığında (görünürden orta IR’ye) çalışabilen modülatörler sunuyor optics.org. Hemen uygulanabilecek alanlar, iletişim için ultra hızlı modülatörler veya kuantum ve RF fotoniği için özel cihazlar olabilir. Daha geniş açıdan bakıldığında, yatırım topluluğunun sadece daha bariz alıcı-verici girişimlerini değil, malzeme inovasyonunu da fotonikte desteklediği görülüyor. Bu, malzeme bilimindeki ilerlemelerin (örneğin izolatör üzerinde TFLN gibi) bu alanda hızla girişimlere ve ürünlere dönüşebileceğinin bir göstergesi.
Standartlar ve Konsorsiyum Güncellemeleri (2024–25): Standartlaştırma cephesinde bazı gelişmeler oldu. Continuous-Wave WDM MSA (paket içi optikler için standart ışık kaynağı modüllerini tanımlayan bir konsorsiyum), birden fazla fotonik çipi besleyebilen ortak lazer kaynakları için ilk teknik özellikleri yayınladı. Bu, paket içi optiklerde çoklu tedarikçi uyumluluğunu sağlamak açısından önemlidir. Ayrıca, UCIe konsorsiyumu (çiplet ara bağlantısı için) optik çiplet bağlantılarının nasıl standartlaştırılabileceğini değerlendirmek üzere bir optik çalışma grubu kurdu. Bu arada, COBO (On-Board Optics Konsorsiyumu) ve CPO Alliance gibi organizasyonlar (ör. OFC 2024’te) paket içi optikler için en iyi uygulamaları tartışan zirveler düzenliyorlar ansys.com. Tüm bunlar, sektörün arayüzleri uyumlu hale getirme ve benimsemeyi yavaşlatabilecek bir parçalanmadan kaçınma ihtiyacını kabul ettiğini gösteriyor. IEEE’den gelen son haberler de 1.6T Ethernet standartları ve silikon fotonik teknolojilerinin kullanımını varsayan ilgili optik arayüz standartlarında ilerleme olduğunu gösterdi.
Ürün Çıkışları: Ürün tarafında ise gerçek donanımların piyasaya sürüldüğünü görüyoruz:
- 800G Tak-Çıkar Modüller: Birden fazla tedarikçi (Intel, Marvell/Inphi, vb.) 2024’te içinde silikon fotonik kullanılan 800G QSFP-DD ve OSFP modüllerinin örneklemesini başlattı. Bunların 2025’te anahtarlarda ve ağlarda kullanılması muhtemel.
- CPO Demo Kitleri: Ranovus ve IBM gibi şirketler paket içi optik geliştirme kitleri sergiledi – ticari CPO ürünlerinin öncüsü olarak. Örneğin, IBM’in paket içi anahtar araştırma prototipi çalışır halde gösterildi ve Ranovus’un 8×100G dalga boyuna sahip bir CPO modülü bulunuyor.
- Silikon Fotonik Lidar Ürünleri: Innovusion (Çin) ve Voyant Photonics (ABD), silikon fotonik LiDAR’larında ilerleme kaydettiklerini duyurdu. Innovusion’ın araçlar için en yeni LiDAR’ı, rekabetçi bir maliyetle FMCW elde etmek için bazı silikon fotonik bileşenler kullanıyor. Columbia Üniversitesi araştırmasından çıkan bir girişim olan Voyant ise, drone ve robot kullanımı için silikon fotonik tabanlı küçük bir katı hal LiDAR modülünü gerçekten satıyor.
- Optik I/O Çipletleri: 2025 ortasına kadar, Ayar Labs TeraPHY optik I/O çipleti ve SuperNova lazer kaynağını ilk müşteri testlerinde sunmayı planlıyor; bu, HPC sistemleri için 8 Tbps’lik bir optik bağlantı sağlayacak. Her şey yolunda giderse, bu, bir bilgisayar sisteminde (muhtemelen bir devlet laboratuvarında veya pilot bir süper bilgisayarda, 2025–26’da) optik I/O’nun ilk kullanımlarından biri olabilir.

Son haberlerin temposu, alanın birden fazla cephede hızla ilerlediğini gösteriyor: hızda atılımlardan (1.6T optikler) stratejik hamlelere (Intel dış kaynak kullanımı, büyük fon turları) ve ilk türden uygulamalara (AI için optik motorlar) kadar. Heyecan verici bir dönem, çünkü bu gelişmeler silikon fotoniğin umut vaat eden bir teknolojiden büyüyen etkiye sahip ticari bir gerçekliğe geçiş yaptığını gösteriyor.

Genel izleyici kitlesi için, tüm bu haberlerden çıkarılacak en önemli sonuç, silisyum fotoniğinin uzak bir vaat olmadığı – şu anda gerçekleştiğidir. Şirketler buna para ve kaynak akıtıyor, gerçek ürünler piyasaya sürülüyor ve her çeyrek, önceki rekorları kıran yeni kilometre taşları getiriyor. Bu, hızlı hareket eden bir alan ve teknolojiye hâkim okuyucular bile “optik çipletler” veya “1,6 terabit modüller” gibi şeylerin ne kadar hızlı geldiğine şaşırabilir. Haberler ayrıca bunun küresel bir yarış olduğunun altını çiziyor – ABD, Avrupa ve Asya’da önemli bir hareketlilik var – ve bunun derin teknoloji girişimlerinden en büyük çip şirketlerine ve ağ sağlayıcılarına kadar her şeyi kapsadığını gösteriyor.

Gelecek Görünümü ve Tahminler

İleriye baktığımızda, silisyum fotoniğinin geleceği son derece umut verici görünüyor ve önümüzdeki on yıl içinde bilgi işlem ve iletişimi yeniden tanımlama potansiyeline sahip. İşte gelecekte neler olabileceğine dair bazı tahminler ve beklentiler:

Bilgi İşlemde Yaygın Benimseme: 2020’lerin sonlarına doğru, silisyum fotoniğinin üst düzey bilgi işlem sistemlerinde standart bir özellik olmasını bekleyebiliriz. Belirtildiği gibi, 2026–2027 yıllarında entegre optik I/Oya sahip ilk CPU’lar, GPU’lar veya AI hızlandırıcıları ortaya çıkmalı nextplatform.com. Başlangıçta bunlar özel pazarlarda (süper bilgisayarlar, yüksek frekanslı ticaret sistemleri, son teknoloji AI kümeleri) olabilir, ancak daha geniş çapta benimsenmenin yolunu açacaklar. Teknoloji kanıtlandığında ve hacimler arttığında, optik I/O 2030’larda daha yaygın sunuculara ve cihazlara da yayılabilir. Her CPU’nun doğrudan paketin üzerinde optik fiber portlarına sahip olduğu ve bir optik üst raf anahtarına bağlandığı raf sunucularını hayal edin; bu yaygın hale gelebilir. Bellek darboğazı da optik bağlantılarla aşılabilir – örneğin, bellek modüllerini işlemcilere optik olarak bağlayarak mesafede daha yüksek bant genişliği sağlamak (bazı araştırmacılar büyük paylaşımlı bellek havuzları için “optik bellek ayrıştırması”ndan bahsediyor). Özetle, geleceğin veri merkezi (ve dolayısıyla geleceğin bulut hizmetleri) muhtemelen her seviyede silisyum fotoniğiyle mümkün kılınan optik bağlantı ağı üzerine inşa edilecek.
Herkes İçin Terabit Ağlar: Ağ bağlantılarının kapasitesi artmaya devam edecek. Burada 1.6 Tb/sn, 3.2 Tb/sn, hatta 6.4 Tb/sn optik alıcı-vericilerden, 2030’ların başında tek bir modülde bahsediyoruz. Bu hızlar akıl almaz – 3.2 Tb/sn’lik bir bağlantı, bir 4K filmi milisaniyenin bir kısmında aktarabilir. Bu hızlar veri merkezi omurgalarında ve telekom ağlarında kullanılacak olsa da, dolaylı olarak tüketicilere de fayda sağlıyor (daha hızlı internet, daha sağlam bulut hizmetleri). Analistler, 2035 yılına kadar fotonik entegre devreler pazarının 50 milyar doları aşmasını öngörüyor, büyük ölçüde bu alıcı-vericiler sayesinde, AI ve veri merkezleri için optics.org. 800G ve 1.6T’nin yeni 100G haline geldiğini görebiliriz, yani bunlar ağların yük atı bağlantıları olacak. Ve hacim arttıkça, bit başına maliyet düşecek, yüksek hızlı bağlantı daha ucuz ve yaygın hale gelecek. Hatta tüketici cihazlarında bile (örneğin, çok yüksek bant genişliğine ihtiyaç duyan bir VR başlığı ile bir PC veya konsol arasında) optik USB veya optik Thunderbolt kablosu kullanılarak onlarca veya yüzlerce gigabit veri gecikme veya kayıp olmadan taşınabilir.
Telekomünikasyonda Devrim: Telekomda, silikon fotonik tamamen optik ağların çok daha verimli şekilde hayata geçmesini sağlayacak. Entegre fotonik ile koherent optik iletişim, muhtemelen dalga boyu başına 1 Tb/sn’nin ötesine ölçeklenecek (gelişmiş konstelasyonlar ve belki entegre alıcı-verici DSP’leri ile). Bu, çok terabitlik optik kanalları ekonomik hale getirebilir, gereken lazer/fiber sayısını azaltır. Silikon fotonik, yeniden yapılandırılabilir optik ekle-çıkar çoklayıcılar (ROADM’ler) ve diğer ağ ekipmanlarını da daha kompakt ve enerji verimli hale getirecek, bu da daha yüksek kapasiteli 5G/6G ağlarının ve daha iyi fiberden eve altyapısının yaygınlaşmasını kolaylaştıracak. Özellikle dikkat edilmesi gereken bir alan ise kablo TV / fiber erişim için entegre lazerler: Silikon üzerinde ucuz ayarlanabilir lazerler, örneğin her eve 100G simetrik fiber bağlantı sağlanmasına imkan verebilir. Optik fonksiyonlar entegre edilerek, telekom operatörleri santral ve baş uçlarını sadeleştirebilir. Sonuç olarak, silikon fotonik çiplerle sahne arkasında desteklenen, daha hızlı ve daha güvenilir internet hizmetleri, potansiyel olarak daha düşük maliyetlerle sunulacak.
AI Hesaplama ve Optik Motorlar: AI alanında, Lightmatter ve Lightelligence gibi şirketler başarılı olursa, veri merkezlerinde ilk optik yardımcı işlemcileri görebiliriz. Bunlar matris çarpımları veya grafik analizlerini ışıkla hızlandırarak, watt başına performansta sıçramalar sunabilir. 5 yıl içinde bazı veri merkezlerinde, GPU’ların yanında optik AI hızlandırıcıları rafları görebiliriz; bunlar özel görevleri son derece hızlı şekilde (örneğin, gerçek zamanlı hizmetler için ultra hızlı çıkarım) yerine getirecek. Tamamen optik bilgisayarlar bir süre daha sınırlı kalsa bile, hibrit elektro-optik yaklaşım (mantık kontrolü için elektronik, yoğun veri taşımak ve çarp-topla işlemleri için fotonik) AI performans artışını sürdürmek için ana strateji haline gelebilir. Isı ve güç tüketimini azaltarak, fotonik, modeller trilyonlarca parametreye ölçeklenirken AI eğitiminin mümkün kalmasına yardımcı olabilir. Kısacası, silikon fotonik, AI model boyutu/eğitim verisinde bir sonraki 1000× artışı, elektrik şebekesini eritmeden mümkün kılacak gizli sos olabilir.
Tüketici Teknolojisine Etkisi: Silikon fotoniğinin büyük bir kısmı şu anda büyük demirlerde (veri merkezleri, ağlar) kullanılsa da, sonunda tüketici cihazlarına da sızacaktır. Bunun bariz bir adayı AR/VR başlıklarıdır (devasa verileri küçük ekranlara ve kameralara aktarmanız gerekir – optik bağlantılar yardımcı olabilir). Bir diğeri ise tüketici LiDAR’ı veya derinlik sensörleridir – gelecekteki akıllı telefonlar veya giyilebilir cihazlar, sağlık takibi için (Rockley Photonics’in hedeflediği gibi) ya da çevrenin 3D taraması için küçük silikon fotonik sensörlere sahip olabilir. Intel’in Mobileye birimi, silikon fotonik LiDAR’ının otomobillerde olacağını zaten belirtti, bu nedenle 2020’lerin sonlarına doğru yeni arabanızın otonom sürüş sensörlerini sessizce yönlendiren entegre bir fotonik çip olabilir tanaka-preciousmetals.com. Zamanla maliyetler düştükçe, bu tür sensörler günlük cihazlarda daha fazla görülebilir (bileğinizde optik spektroskopi ile invaziv olmayan şekilde glikoz veya kan analitiği izleyen silikon fotonik sensörlü akıllı saatler hayal edin – şirketler gerçekten bu konsept üzerinde çalışıyor). Yüksek kaliteli ses/görüntüde bile, optik çipler kameraları geliştirebilir (odaklama veya fotoğrafçılıkta 3D haritalama için LiDAR) ya da holografik ekranlar sağlayabilir, ışığı mikroskobik ölçekte modüle ederek (biraz spekülatif, ama silikon üzerindeki uzamsal ışık modülatörleri geliştikçe imkansız değil). Yani on yıl içinde, tüketiciler bugün MEMS sensörlerini her yerde düşünmeden kullandığımız gibi, cihazlarında farkında olmadan silikon fotoniği kullanıyor olabilirler.
Kuantum Aleminde Fotonik: Daha da ileriye bakarsak, kuantum fotonik teknolojileri olgunlaşabilir. PsiQuantum veya başkaları başarılı olursa, belirli görevlerde klasik süper bilgisayarları geride bırakacak bir fotonik kuantum bilgisayara sahip olabiliriz – belki de milyonlarca dolaşık foton çip üzerinde işlenir. Bu, ilk elektronik bilgisayarlar kadar dönüştürücü, muazzam bir başarı olurdu. Bu 2030 sonrasına kalabilir, ancak bu arada kaydedilecek ilerlemeler kuantum simülatörleri veya ağ tabanlı kuantum iletişim sistemleri gibi şeyler sağlayabilir, bunlar silikon fotoniği kullanır. Örneğin, güvenli kuantum iletişim bağlantıları (QKD ağları), veri merkezlerinde standartlaştırılmış silikon fotonik QKD vericileriyle şehir çapında ağlarda kullanılabilir. Ayrıca, çip üzerinde kuantum sensörler (kuantum seviyesinde hassasiyete sahip optik jiroskoplar gibi) navigasyon veya bilimde kullanılabilir.
Sürekli Araştırma ve Yeni Ufuklar: Silikon fotoniği alanı kendi içinde gelişmeye devam edecek. Araştırmacılar şimdiden 3D entegrasyonu araştırıyor – fotonik çipleri elektronik olanlarla üst üste yığarak daha sıkı bir bağlantı sağlamak (bazıları, örneğin, bir CPU’nun altına fotonik bir ara bağlantı yerleştirmek için mikro-tümsekler veya birleştirme tekniklerini inceliyor). Ayrıca çip üzerinde optik ağlar (ONoC) konuşuluyor, burada işlemciler çekirdekler arasında iletişim için elektriksel ağlar yerine ya da onlara ek olarak ışık kullanıyor. Bir gün çok çekirdekli CPU’lar dahili optik ağlar kullanırsa, çip içi bant genişliği darboğazları ortadan kalkabilir (bu biraz daha uzak, ama laboratuvarlarda kavramsal olarak kanıtlandı). Nano-fotonik de devreye girebilir: çok yüksek hızlarda veya son derece küçük alanlarda çalışan plazmonik ya da nanoskopik optik bileşenler, belirli görevler için silikon fotoniğiyle entegre edilebilir (örneğin ultra kompakt modülatörler gibi). Ve kim bilir, belki bir gün biri silikon lazeri akıllıca bir malzeme hilesiyle başarır – bu da fotonik entegrasyonu gerçekten basitleştirir.
Pazar ve Sektör Görünümü: Ekonomik olarak, muhtemelen silisyum fotonik pazarında patlama göreceğiz. IDTechX’e göre, 2035 yılına kadar yaklaşık 54 milyar dolar pazar değeri öngörülüyor optics.org. Özellikle, veri iletişimi aslan payını oluşturacak olsa da, bunun yaklaşık 11 milyar doları veri dışı uygulamalardan (telekom, lidar, sensörler, kuantum vb.) gelebilir optics.org. Bu da teknolojinin faydalarının birçok sektöre yayılacağı anlamına geliyor. Ayrıca bazı büyük sektörel sarsıntılar veya ortaklıklar da görebiliriz: örneğin, bir teknoloji devi, fotonik unicorn girişimlerinden birini satın alabilir mi (Nvidia’nın, optik hesaplamada öne geçmek için Ayar Labs veya Lightmatter’ı satın aldığını hayal edin)? Bahisler büyüdükçe bu mümkün. Ayrıca, uluslararası rekabet de artabilir – hükümetlerin liderliği sağlamak için önemli yatırımlar yaptığını görebiliriz (yarı iletken endüstrisinin stratejik kabul edilmesine benzer şekilde). Silisyum fotonik, ulusal teknoloji stratejilerinin kilit bir parçası haline gelebilir ve bu da Ar-Ge finansmanı ve altyapısını daha da artırabilir.

Daha geniş bir açıdan bakarsak, silisyum fotonik ile gelecek, hesaplama ve iletişim arasındaki sınırların bulanıklaştığı bir gelecek olacak. Mesafe daha az sınırlayıcı hale gelecek – veri, bir çip içinde ya da şehirler arasında optik lifler üzerinde aynı kolaylıkla yol alabilecek. Bu, kaynakların fiziksel konumunun önemsizleştiği, optik bağlantıların gecikmeyi düşük ve bant genişliğini yüksek tuttuğu dağıtık hesaplama gibi mimarileri mümkün kılabilir. Hesaplama, depolama ve belleğin LEGO blokları gibi optik olarak bağlandığı gerçekten ayrıştırılmış veri merkezleri görebiliriz. Fotonikten elde edilen enerji verimliliği kazanımları, dijital altyapının enerji iştahı arttıkça daha yeşil bir BİT’e de katkı sağlayabilir.

Bir sektör duayeninin sözleriyle, “silisyum fotoniği ölçeklendirme yolculuğu, olduğu kadar heyecan verici olduğu kadar zorlu.” laserfocusworld.com Önümüzdeki yıllarda kesinlikle engeller olacak, ancak bunları aşmak için akademi ve endüstri genelinde kolektif bir kararlılık var. Malzeme bilimi, yarı iletken mühendisliği ve fotoniği birleştirerek iş birliği ve yenilik yoluyla, uzmanlar bu zorlukların üstesinden geleceğimizden ve silisyum fotoniğin tüm potansiyelini açığa çıkaracağımızdan emin laserfocusworld.com. Gelecek görünümü, bu teknolojinin çevreden (cihazlarımızı bağlamak veya özel sistemleri desteklemek) çıkarak, doğrudan hesaplama ve bağlantının kalbine yerleşeceği yönünde. Aslında yeni bir çağın şafağına tanıklık ediyoruz – burada sadece elektronlar değil, ışık da modern yaşamı destekleyen cihazlar ve ağlar boyunca bilginin can damarını taşıyor. Ve bu, önümüzdeki on yıl ve sonrasında ortaya çıkacak gerçekten devrim niteliğinde bir değişim.

Kaynaklar: Silikon fotonik tanımları ve avantajları ansys.com ansys.com; algılama, LiDAR, kuantum uygulamaları ansys.com ansys.com; veri merkezi ve yapay zeka trendleri laserfocusworld.com, optics.org; uzman alıntıları ve içgörüler laserfocusworld.com, tanaka-preciousmetals.com, nature.com; sektör liderleri expertmarketresearch.com; son haberler ve yatırımlar datacenterdynamics.com, nextplatform.com, nextplatform.com; gelecek projeksiyonları optics.org

The Future of Silicon Photonics: Transforming Data Centers

Watch this video on YouTube.