Определение лазерного чипа
Оптические чипы являются основными компонентами, реализующими взаимное преобразование фотоэлектрических носителей энергии. Они широко используются в продуктах оптических межсоединений и в основном делятся на лазерные чипы и чипы фотодетекторов. Среди них лазерный чип представляет собой активный полупроводниковый компонент, который преобразует электрическую энергию в мощные-мощные-монохроматические световые лучи на основе принципа стимулированного излучения.
На передающей стороне систем оптической связи лазерные чипы являются ключевым источником света, передающим информацию. Они незаменимы и занимают центральное положение в области оптических чипов. По методу модуляции лазерные чипы можно разделить на прямую модуляцию, интегрированную модуляцию и внешнюю модуляцию. С точки зрения материальных систем лазерные чипы в основном делятся на фосфид индия (InP) и арсенид галлия (GaAs). Кроме того, в зависимости от структуры-излучения света его можно разделить на структуры с поверхностным-излучением и с краевым-излучением.
Промышленная цепочка распространения лазерных чипов на рынке оптических соединений
Лазерные чипы находятся на начальном этапе отраслевой цепочки оптических соединений и являются важным звеном во всей отраслевой цепочке с высокими техническими барьерами и сложными технологическими процессами. Производительность лазерного чипа, являющегося «сердцем» системы оптической связи, напрямую определяет скорость передачи данных и энергоэффективность последующих оптических устройств, оптических модулей и даже всей системы оптической связи.
Являясь основным носителем систем оптической связи, продукты оптических межсоединений имеют очевидные различия в структуре стоимости оборудования (BOM) в зависимости от технологического пути. Если взять в качестве примера некремниевые оптические оптические модули, то структура стоимости оборудования в основном включает четыре основных сегмента: оптические микросхемы, электрические микросхемы, пассивные оптические устройства, печатные платы и механические компоненты. Для кремниевых фотонных межсоединений структура спецификации была структурно реконструирована. Оригинальный дискретный модулятор и большое количество пассивных оптических устройств интегрированы в кремниевый фотонный чип (PIC), при этом печатная плата и механические компоненты значительно упрощены.
В настоящее время BOM фокусируется на двух ядрах «кремниевых фотонных чипов» и «лазерах». Независимо от того, используется ли раннее-решение EML или новый кремниевый оптический путь, лазерные чипы занимают важное место в цепочке создания стоимости, поскольку они напрямую влияют на фотоэлектрическое преобразование сигнала и качество передачи сигнала.
Основные типы лазерных чипов
В качестве основного устройства фотоэлектрического преобразования лазерные чипы в основном делятся на пять категорий в зависимости от различий в материальных системах, физических структурах и методах модуляции, включая DFB, EML, CW, VCSEL и FP, каждая из которых имеет определенные технические преимущества и сценарии применения.
Предыстория развития рынка лазерных чипов
Значительный рост индустрии лазерных чипов обусловлен главным образом благоприятными факторами, такими как взрывной рост рынка оптических соединений, быстрое применение новых технологий, таких как кремниевая фотоника, в оптических соединениях, а также растущий спрос на высокопроизводительные-продукты для оптических соединений со стороны конечных потребителей. Являясь незаменимым ключевым компонентом решений оптических межсоединений, лазерные чипы напрямую извлекают выгоду из этих тенденций, тем самым ускоряя свое собственное развитие.
В 2024 году мировой рынок лазерных чипов достигнет 2,6 млрд долларов США и, как ожидается, вырастет до 22,9 млрд долларов США в 2030 году, при этом совокупный годовой темп роста составит 44,1%. Существуют объективные ограничения в развитии индустрии лазерных чипов, в том числе длительные циклы расширения производственных мощностей, высокие технические барьеры и концентрация высокотехнологичных производственных мощностей, ограниченность основных материалов и оборудования в краткосрочной и среднесрочной перспективе, а также несбалансированная структура цепочки поставок. Он не может полностью удовлетворить быстро растущие потребности рынка переработки и переработки. Рынок в целом испытывает дефицит. Это особенно очевидно в лазерных чипах EML и лазерных чипах непрерывного действия, используемых для высокоскоростных оптических соединений.
Основные сценарии применения лазерных чипов
Лазерные чипы в основном используются в продуктах оптических межсоединений, и сценарии применения терминалов очень похожи на сценарии применения поддерживаемых ими решений оптических межсоединений. В соответствии с различными сценариями применения терминалов рынок лазерных чипов можно разделить на рынок лазерных чипов для центров обработки данных и рынок телекоммуникационных лазерных чипов. Среди них рынок лазерных чипов для центров обработки данных занимает абсолютную позицию на рынке. Объем рынка достигнет 1,6 миллиарда долларов США в 2024 году и, как ожидается, вырастет до 21,1 миллиарда долларов США в 2030 году, при совокупном годовом темпе роста 53,4%.
Рынки лазерных чипов для центров обработки данных и телекоммуникационных лазерных чипов представляют собой дифференцированную технологическую среду. Рынок лазерных чипов для центров обработки данных характеризуется двух-технологическим ландшафтом лазерных чипов EML и CW: лазерные чипы EML, как решение на ранней стадии разработки, широко используются в продуктах оптических межсоединений 400G и выше. В последние годы кремниевые фотонные решения с преимуществами высокой интеграции и низкой стоимости стали высокоскоростным-направлением эволюции, требующим мощных-лазерных чипов непрерывного действия.
В сфере телекоммуникаций продолжают доминировать-лазерные чипы с краевым излучением, во многом благодаря их способности соответствовать строгим требованиям к производительности. В частности, лазерные чипы DFB широко используются в сценариях коротких- и средних-расстояний, таких как прямая связь 5G и доступ по оптоволоконному кабелю. Напротив, лазерные чипы EML преодолевают ограничения дисперсии благодаря низкому чирпу и высокому коэффициенту затухания, тем самым занимая доминирующее положение в -высокоскоростных узлах, таких как магистральные сети и высокоскоростной оптоволоконный доступ.
Лазерные чипы EML и лазерные чипы CW доминируют на рынке, и их значение продолжает расти.
В 2024 году общий объем рынка лазерных чипов EML и лазерных чипов CW достигнет 970 миллионов долларов США, что составит примерно 38,1% рынка. Ожидается, что в будущем доходы от этой продукции сохранят высокие темпы роста, а доля рынка будет продолжать увеличиваться. Ожидается, что к 2030 году общий доход достигнет 20,80 миллиардов долларов США, при совокупном годовом темпе роста 66,6% и доле рынка 90,9%.
Лазерный чип EML
Лазерные чипы EML в основном включают 50G/100G/200G и другие спецификации в зависимости от скорости передачи данных от низкой до высокой, а ядро адаптируется к продуктам оптического соединения от 100G до 1,6T. В настоящее время лазерные чипы EML 100G являются основной продукцией и широко используются в основных высокоскоростных продуктах для оптических соединений, таких как оптические модули 400G и 800G. По мере того, как продукты оптических межсоединений со скоростью 1,6Т и выше-последовательно вводятся в эксплуатацию, лазерные чипы EML 200G, как соответствующие лазерные чипы, ознаменуют быстрый рост.
Непрерывный лазерный чип
Разработка лазерных чипов непрерывного действия в основном выигрывает от применения технологии кремниевой фотоники. В кремниевых фотонных решениях непрерывные лазерные чипы служат внешними/гетерогенными интегрированными источниками света и используются в сочетании с кремниевыми фотонными модуляторами для реализации функций преобразования фотоэлектрического сигнала и модуляции кремниевых фотонных межсоединений. Среди продуктов для высокоскоростных-оптических межсоединений широко используются кремниевые фотонные решения и чипы непрерывного лазера из-за их превосходных преимуществ по цене-эффективности.
В нынешних основных кремниевых фотонных высокоскоростных- оптических межкомпонентных продуктах 400G, 800G и даже 1,6T используются основные лазерные чипы непрерывного действия мощностью 50 мВт, 70 мВт, 100 мВт и другие модели мощности. Кроме того, благодаря новым технологиям, таким как NPO и CPO, мощные-лазерные чипы непрерывного действия, включая модели мощностью 150 мВт, 300 мВт и 400 мВт, постепенно включаются в коммерческую разработку продуктов для оптических межсоединений следующего-поколения. Ожидается, что в период с 2025 по 2030 год спрос на лазерные чипы непрерывного действия мощностью более 100 мВт будет стремительно расти. Ожидается, что к 2030 году объем рынка лазерных чипов непрерывного действия мощностью более 100 мВт достигнет 6,6 млрд долларов США, что составит 65,3% рынка.
Факторы развития индустрии лазерных чипов и будущие тенденции развития
. Спрос продолжает увеличиваться и поддерживает быстрый рост. Развитие обучающих кластеров искусственного интеллекта привело к резкому росту спроса на вычислительные мощности и высокоскоростную передачу данных, что привело к экспоненциальному росту спроса на продукты для высокоскоростных-оптических межсетевых соединений. Рыночный спрос на лазерные чипы, являющийся основным компонентом оптических межсоединений, быстро растет.
. Лазерный чип EML и лазерный чип CW, два-привода на колеса. С одной стороны, лазерные чипы EML стали важным решением для достижения одноволновой скорости передачи данных 100G/200G благодаря своей высокой пропускной способности, низкой дисперсии и преимуществам передачи данных на большие расстояния. Они широко используются в высокоскоростных-оптических модулях 400G, 800G и даже 1,6T. С другой стороны, на фоне развивающейся технологии кремниевой фотоники, лазерные чипы непрерывного действия в паре с кремниевыми фотонными модуляторами постепенно становятся ключевым устройством ядра, поддерживающим следующее поколение продуктов оптических межсоединений и сверх{12}}высоко-сетей центров обработки данных благодаря их высокой интеграции, низкому-ценовому потенциалу и идеальной адаптации к передовым-архитектурам, таким как CPO.
. Продукты развиваются в направлении более высоких характеристик, а ценность единичных продуктов продолжает расти. Поскольку продукты оптических межсоединений продолжают развиваться в направлении более высоких скоростей, а также исследуются и применяются новые технологии интеграции, к производительности лазерных чипов предъявляются более высокие требования. Если взять в качестве примера решения EML, то высокие скорости передачи обычно требуют высокой производительности и количества лазерных чипов на единицу продукта оптического соединения, что увеличивает стоимость лазерных чипов на единицу продукта оптического соединения.
В кремниевом осветительном решении, хотя технология кремниевого освещения снижает стоимость модуляционной части за счет КМОП-процесса, чтобы управлять более-скоростным кремниевым световым двигателем и эффективно компенсировать сложные-потери на оптическом пути внутри кристалла, оптический модуль должен быть оснащен более мощным-мощным-монохроматическим непрерывным лазерным чипом в качестве внешнего источника света. Кроме того, по мере перехода отрасли к технологиям интеграции следующего-поколения, таким как NPO и CPO, спрос на лазерные чипы претерпит фундаментальные изменения, и ожидается, что стоимость лазерных чипов в общей стоимости оборудования будет продолжать расти.
. Диверсификация цепочки поставок. Расширение глобальной вычислительной инфраструктуры,-на основе искусственного интеллекта, предъявляет значительные требования к масштабу, стабильности и своевременности цепочки поставок, создавая стратегические возможности для производителей высококачественных-лазерных чипов. Крайне важно, что производители, обладающие передовыми техническими возможностями (включая эпитаксиальный выращивание, высокоточное-травление решеток) и преимуществами в операционной эффективности и возможностях быстрого реагирования, могут лучше соответствовать строгим требованиям, присоединиться к основной международной цепочке поставок, построить диверсифицированную глобальную сеть цепочек поставок и получить значительную долю на международном рынке. Особо примечательно, что все больше и больше производителей лазерных чипов реализуют стратегии глобализации, размещая свои производственные базы рядом с последующими производителями оптических межсоединений или конечными потребителями, тем самым создавая более устойчивую и диверсифицированную глобальную сеть цепочек поставок.
Структура стоимости лазерных чипов
В структуре затрат на лазерные чипы преобладают производственные затраты, прямые затраты на рабочую силу и материальные затраты. Затраты на материалы в основном включают подложки, золотые мишени, специальные газы и химикаты и т. д., в зависимости от различных продуктов, и обычно составляют от 10% до 20% общей стоимости. В настоящее время материалами подложек лазерных чипов являются в основном InP и GaAs. Среди них цены на InP продолжали расти в последние несколько лет из-за роста цен на материалы и других эффектов. Из-за относительно простого процесса производства GaAs цена постепенно снижалась за счет оптимизации процесса и внедрения технологий.
Барьеры для конкуренции с лазерными чипами
.Производственное ноу-как. Производство лазерных чипов во многом зависит от передовых основных процессов, таких как эпитаксиальный рост, высокоточное-травление решеток и сложная конструкция высокоскоростной-модуляции. Ввиду нехватки литейных предприятий с полным-производственным потенциалом большинству поставщиков лазерных чипов следует работать по модели IDM, которая предъявляет чрезвычайно высокие требования к абсолютному контролю поставщиков над всем производственным процессом и способности накапливать глубокие отраслевые ноу-хау-. Кроме того, быстрое развитие последующих продуктов оптических межсоединений привело к постоянным технологическим инновациям на уровне чипов. Поэтому производителям необходимо иметь запатентованную технологию, позволяющую быстро продвигать исследования и разработки в массовое производство, постоянно оптимизировать параметры процесса и поддерживать стабильный и высокий выход продукции для обеспечения надежности продукции.
.Доверие и сотрудничество клиентов. Рынок оптических межсоединений характеризуется чрезвычайно строгим и длительным процессом сертификации. Высокие затраты на переключение, вызванные ведущими решениями оптического соединения и поставщиками облачных услуг, создают непреодолимые барьеры для новых участников. Однако для поставщиков, которые успешно выходят на рынок, эти характеристики способствуют созданию очень прочных и редко меняющихся отношений. Устанавливая долгосрочные-надежные партнерские отношения с лидерами отрасли, производители лазерных чипов могут глубоко интегрироваться в глобальную цепочку поставок и получать важную раннюю информацию по мере дальнейшего развития ИИ и архитектур центров обработки данных.
. Возможности исследований и разработок. Технологии в отрасли оптических соединений быстро совершенствуются, что требует от производителей лазерных чипов дальновидной-планировки и систематических возможностей исследований и разработок. Ведущие компании обычно заранее планируют исследования и разработки основных технологий, чтобы продолжать удовлетворять потребности последующих обновлений продуктов. Производители лазерных чипов, обладающие такими систематическими и перспективными-возможностями в области исследований и разработок, могут не только поддерживать лидирующие темпы технологических итераций, но и создавать технические барьеры, которые трудно воспроизвести в отрасли, и продолжать лидировать по производительности и надежности продукции.
. Возможности управления цепочками поставок. Динамичный характер рынка оптических соединений предъявляет чрезвычайно высокие требования к управлению цепочками поставок и операционной гибкости. Производителям необходимо иметь возможность гибко расширять производство, оптимизировать распределение ресурсов и соблюдать строгие циклы поставок клиентов. Зрелая и надежная система цепочки поставок имеет решающее значение для устранения рисков, связанных с быстрой итерацией рынка и резкими колебаниями заказов. Создавая надежную сеть поставок и поддерживая стабильность производственных мощностей, производители лазерных чипов могут добиться экономии за счет масштаба, удовлетворить строгие требования к поставкам и поддерживать устойчивые ценовые преимущества на жестко конкурентном мировом рынке.
Для получения дополнительной информации об отраслевых исследованиях и анализе посетите официальный сайт Института промышленных исследований Сихана. В то же время Институт промышленных исследований Сихана также предоставляет отчеты об отраслевых исследованиях, отчеты о технико-экономических обоснованиях (утверждение и подача проектов, банковские кредиты, инвестиционные решения, групповые встречи), промышленное планирование, планирование парков, бизнес-планы (долевое финансирование, инвестиции и совместные предприятия, принятие внутренних решений), специальные исследования, архитектурное проектирование, отчеты о зарубежных инвестициях и другие сопутствующие консультационные услуги.
