自从20世纪70年代以来，很少有哪个行业市场能保持像光子学市场这样稳定且健康的增长。然而，突如其来的COVID-19疫情于两年前开始在全球肆虐，有可能终结光子学市场50年来的繁荣发展。幸运的是，在疫情期间，光子学市场的不稳定性远远低于许多人的预期。虽然疫情爆发后全球光子学市场并未出现像前几年那样的增长率，但令人高兴的是它依然保持稳定。
根据市场调研公司Mordor Intelligence的最近数据，光子学市场的预期增长仍然令人印象深刻。[1]具体而言，Mordor Intelligence估计2020年全球光子学市场的规模为5898.2亿美元，预计到2026年将达到10197.7亿美元。这意味着在2021-2026年期间，预计复合年增长率（CAGR）约为7.14%。
此外，2021年6月，麦肯锡公司发布了题为《光子学领域的下一波创新》（TheNext Wave of Innovation in Photonics）的报告，其中也展示了整个光子学市场致力于创新的记录，是如何使激光器件市场在2020年达到了170亿美元的规模。[2]该报告还预计，光子学市场将继续保持年均10%的增长率，到2025年的市场规模估值约为280亿美元。此外，麦肯锡还预计整个精密光学领域每年将有8%的增长，光子学传感器领域每年将有9%的增长；而专门用于汽车领域的光子传感器，受到自动驾驶蓬勃发展的驱动，预计每年将强劲增长21%。
从这些现有的统计和预估数字中，我们得到的关键启示是什么？Optica（原OSA，美OB欧宝·体育学学会）高级行业顾问Tom Hausken解释说，疫情似乎并没有对光子学行业产生什么影响，“当你听说市中心的办公楼仍然空着，并对附近为其服务的企业造成巨大的影响、以及疫情带来的其他持久影响时，我们的行业似乎出奇地没有受到什么影响。”
“与没有疫情的情况相比，2020年光子学行业的表现不佳；但是随着疫情的缓解，之前被抑制的潜在需求在2021年显现出来，推动了收入增长，因此这一年光子学市场表现出色。尽管当前存在的供应链问题在一定程度上限制了光子学行业的增长，但是该行业似乎正在向着疫情前的健康状态发展。”Tom Hausken说，“展望2022年，我们可以期待更多相同的情况，2022年应该是‘正常’的一年，当然除了可能出现新的外部干扰。毋庸置疑的是，光子学行业在过去最具挑战性的两年中，一直表现不错。”
这里我们特别说明一下：与以往的年度市场回顾与展望文章从各个激光细分市场的角度着眼不同，今年的文章将把光子学市场作为一个整体看待，不再细分领域。尽管激光器将继续作为更大的光子学行业的一个重要部分，但市场已经达到了成熟水平，现在重要的是要从整体上看待整个光子学市场。
芯片短缺问题
人们可能会觉得，每个人都在把当前的挫折“归咎于”芯片短缺。毕竟，它已经成为今天几乎所有行业面临的共同问题，但是今天的制成品中所使用的半导体芯片的数量，多得令人难以置信。而且，随着智能技术成为常态，对更多芯片的需求正在加剧（见图1）。具体来说，在人工智能（AI）、机器学习、自主性和移动解决方案电子化的持续驱动下，未来对芯片的需求只会继续增加。

图1：在硅晶圆上，每个方块都是一块芯片，上面带有微观晶体管和电路。通常情况下，晶圆被切割为一个个独立的芯片；然后将这些芯片封装到处理器中，为智能设备提供支持。（图片来源：Laura Ockel/Unsplash）
以汽车行业为例，汽车制造商消耗了目前芯片产量的大约10%，汽车中使用的芯片数量从100颗（燃油车）到多达3000颗（自动驾驶型电动汽车）不等。另外，智能手机、家电产品、工业物联网（IIoT）设备甚至玩具，都是迅速耗尽全球芯片供应的消费大户。
科尔尼公司（Kearney）2021年12月公布的一份报告指出，“市场对前沿半导体的需求将以每年15%的年增长率增加。”[3]科尔尼公司认为人工智能、高性能计算、边缘计算和无线通信是需求增长的主要驱动力（见图2），同时还估计“到2030年，这些产品将占到前沿半导体消费的80%以上”。

图2：全球半导体价值链仅依靠少数地区提供领先的生产能力。（图片来源：SEMI 2020年第二季度和2021年第二季度更新的资料/科尔尼分析）

从根本上看，目前的市场发展趋势并未描绘出一幅美好的画面；而且不幸的是，现在也并没有立即解决问题的办法。德勤预测，许多类型的半导体芯片将在整个2022年继续出现供应紧张的情况，一些元器件的交货时间将推延到2023年。[4]因此，半导体芯片短缺问题至少还要持续24个月才会消退，这与2008-2009年的芯片短缺情况有些类似，但不同的是，当前市场对智能产品的需求继续成倍增长（见图3）。
图3：从1990年到2021年第二季度，全球集成电路（IC）出货量在不同的衰退期的不同表现。（图片来源：德勤）一部分解决办法是提高芯片的生产能力，芯片制造既是成本密集型业务，也是解决持续芯片短缺问题的长久办法的一部分。德勤在研究报告中写道：“明确地说，200mm晶圆产量的增加，主要来自于增加现有晶圆厂的产能，而不是建造全新的工厂，这在2020年至2022年期间占去了近120亿美元的资本设备支出。从技术角度来看，主流节点和更先进的300mm工艺节点（10nm以下，主要是3nm、5nm和7nm）的晶圆产能，将比更成熟的工艺节点增长更快。值得注意的是，市场对所有工艺节点下的两种晶圆尺寸的需求都在增长，而不仅仅是需要最先进的工艺节点。”

芯片短缺的影响
为什么半导体供应问题在理解光子学的挑战和机遇方面发挥着如此重要的作用？这是有其合理性的。毫无疑问，半导体市场是一个不断增长的激光器用户市场，特别是对近红外（NIR）激光器和绿光激光器的需求。此外，销往半导体制造市场的光子学产品（光学元件、仪器、配件等）不仅规模庞大，而且还会随着芯片需求的不断升级而不断增加。

进一步说，光子学和半导体芯片的使用往往是相辅相成、共同发展的；这不仅体现在先进的半导体芯片制造工艺中，而且（也许的更重要的）也体现在由此所实现的产品上。即使光子学市场内的厂商能够交付现有的订单，但是由于无法获得负担得起的芯片，这就意味着最终产品生产商无法完成其产品交付。

芯片短缺是如何成为棘手的难题的？答案是多方面的。其中一个很重要的原因是出现了需求高峰：从人们对智能、自动化商品的无止境的渴求，到疫情引发的居家办公所催生的对大大超过市场预期的消费电子产品（电脑、显示器、网络摄像头、会议扬声器等）的需求，这些产品的生产都离不开半导体芯片。来自市场研究公司Gartner的数据显示，2020年第四季度的全球个人电脑出货量，比2019年第四季度增长了10.7%；就全年而言，2020年的个人电脑出货量达到2.75亿台，这是个人电脑这个已经稳定的行业在过去十多年来实现的最高增长率。

然而，需求的增加只是造成芯片短缺问题的部分原因。供应链问题也在很大程度上促成了持续的芯片危机。最值得注意的是，自然灾害和重大事故的出现，影响了疫情期间半导体生产的进度。比如，2021年席卷美国德克萨斯州的暴风雪，造成了停电和设施损坏，导致工厂停工，这对芯片供应链产生了明显的不利影响。恩智浦和三星等大型生产商都出现了超过25%的产能紧缩。同样，日本的设施火灾阻断了整个季度的生产能力，导致全球汽车用户停滞不前。

全球劳动力的短缺也在影响着供应能力，同样这些劳动力短缺也影响了光子学行业。此外，由于疫情在全球的蔓延导致的一连串线下开工难度，也在一定程度上加剧了劳动力短缺问题。

职业倦怠、健康问题和刺激性付款都是劳动力短缺的相关影响因素。此外，疫情期间出现的一些政策调整所带来的影响，也不容忽视。根据Megan Leonhardt在《财富》杂志中刊登的一篇文章，退休和职业中断都是影响劳动力短缺的因素（见图4）。[5]高盛公司估计，自疫情爆发以来，美国出现了超过500万人的劳动力流失，这其中大约有340万人超过了55岁——约150万人是提前退休的，约100万人按时退休。与此同时，在LinkedIn对在工作的美OB欧宝·体育进行的一项调查显示，有近一半（42%）的受访者表示，他们已经考虑暂停工作休息一下。

图4：截至2021年10月，美国的劳动力就业率维持在61.6%左右，比2020年2月降低了约1.7个百分点。（图片来源：《财富》）

着眼于未来
创新是将光子学市场的持续成功带入下一阶段的一个关键因素。尽管激光技术的创新速度一直在下降，但是将激光器、传感器和光学器件结合起来的集成设备的诞生，可能会迎来一个新的机遇时代。现在开发这种集成设备的公司将拥有先发优势，因为终端客户可能会寻求战略合作，以探索新的应用和建立产品供应。向集成设备转变可能需要新的能力，但在分散的行业环境中快速寻到这些能力的机会有很多。

而且，创新机会并不局限于行业内的大公司。例如《纽约时报》中的一篇文章，就讨论了持续的半导体芯片短缺问题，是如何导致广泛的半导体供应链中的许多制造商（比如一些针对某个特定细分市场的厂商）的繁荣发展的。

不幸的是，这也是早期提到的行业成熟度发挥作用的地方。通常情况下，随着行业的成熟，创新的速度开始下降。根据麦肯锡的报告，有真实的证据表明，这种趋势正在整个激光和光子学领域发生。麦肯锡指出，专利申请的速度是一个关键指标。具体来说，从2001年到2010年，研究人员在美国申请了超过29,000项与激光有关的专利，是前十年专利申请量的两倍以上（见图5）。然而，从2011年到2020年，美国提交的专利申请数量约为24,000项。在一直以来保持着专利申请量每十年翻一番的行业中，这种下降是一种反常现象。

图5：新专利的数量正在下降，技术的重点继续转移。（图片来源：麦肯锡）

虽然我们并不否认专利下降的趋势，但是任何关注整个光子学市场发展动态的人都知道，光子学领域的创新能力（即使是迭代性质）仍然相当强大。疫情的爆发点燃了创新的火焰，促使研究和开发团体聚焦于光子学行业如何能为这个世界性问题提供更好的解决方案，去贡献应有的力量。

虽然疫情对许多行业造成了破坏，但实际上，疫情的爆发扩大了光子器件在医疗保健行业的应用范围。光子器件已经在抗击疫情方面发挥了作用，并且在推动人类与病毒展开全面斗争。

“这场新冠疫情是突如其来的，而且人类很有可能要与疫情长期共存。同时，今天以光学为基础的技术，在检测病毒并帮助证明疫苗的能力方面，真的表现出了惊人的能力。”Hausken说，“在过去的几年里，这项技术在产量和成本方面都有了很大的进步。想象一下：如果在疫情爆发的时候，光子学技术比当时落后十年或二十年，结果会是什么样呢？情况很可能比现在会糟糕很多倍。”

展望未来，Hausken表示我们有理由感到乐观。他说：“随着对这场疫情危机的所有投资，我们现在有机会为未来的疫情做更充足的准备，甚至可以更好地缓解其他病毒，如流感甚至普通感冒。”他说，“这是一个不能浪费的机会，没有光学和光子学，这些成绩是不可能实现的。如果成功了，很可能我们都会认为这是一件理所当然的事，但事实上，疫情的出现为光学和光子学技术的发展提供了一个积极的推动因素。”