Дефиниране на лазерен чип
Оптичните чипове са основните компоненти, които реализират взаимното преобразуване на носителите на фотоелектрическа енергия. Те се използват широко в продукти за оптично свързване и се разделят главно на лазерни чипове и фотодетекторни чипове. Сред тях лазерният чип е активен полупроводников компонент, който преобразува електрическата енергия в високо-мощни, високо-монохроматични светлинни лъчи въз основа на принципа на стимулираното излъчване.
В предавателния край на оптичните комуникационни системи лазерните чипове са ключовият източник на светлина, който пренася информация. Те са незаменими и заемат централно място в областта на оптичните чипове. Според метода на модулация лазерните чипове могат да бъдат разделени на директна модулация, интегрирана модулация и външна модулация. От гледна точка на материалните системи лазерните чипове се разделят главно на индиев фосфид (InP) и галиев арсенид (GaAs). В допълнение, според светлоизлъчващата-структура, тя може да бъде разделена на повърхностно-излъчващи и крайно-излъчващи структури.
Индустриална верига за разпространение на лазерни чипове на пазара за оптични връзки
Лазерните чипове са нагоре по веригата на индустрията за оптично свързване и са важно звено в цялата верига на индустрията с високи технически бариери и сложни процеси. Като „сърцето“ на оптичната комуникационна система, производителността на лазерния чип директно определя скоростта на предаване и енергийната ефективност на оптичните устройства надолу по веригата, оптичните модули и дори цялата оптична комуникационна система.
Като основен носител на оптични комуникационни системи, продуктите за оптично свързване имат очевидни разлики в тяхната структура на разходите за хардуер (BOM) в зависимост от технологичния път. Като вземем за пример не-силициеви оптични оптични модули, структурата на разходите за хардуер включва главно четири основни сегмента: оптични чипове, електрически чипове, пасивни оптични устройства, печатни платки и механични компоненти. За продуктите за силициево фотонно свързване структурата на BOM е структурно реконструирана. Оригиналният дискретен модулатор и голям брой пасивни оптични устройства са интегрирани в силициев фотонен чип (PIC), докато PCB и механичните компоненти са значително опростени.
Понастоящем BOM се фокусира върху двете ядра на „силициеви фотонни чипове“ и „лазери“. Независимо дали използват ранно-разработеното EML решение или нововъзникващия силициев оптичен път, лазерните чипове заемат важна позиция във веригата на стойността, тъй като те пряко влияят върху преобразуването на фотоелектричния сигнал и качеството на предаване на сигнала.
Основни продуктови типове лазерни чипове
Като основно устройство за фотоелектрическо преобразуване, лазерните чипове се разделят основно на пет категории въз основа на разликите в материалните системи, физическите структури и методите на модулация, включително DFB, EML, CW, VCSEL и FP, всеки със специфични технически предимства и сценарии за приложение.
Фон за развитие на пазара на лазерни чипове
Значителният растеж на индустрията за лазерни чипове се дължи главно на благоприятни фактори като експлозивния растеж на пазара на оптични връзки, бързото прилагане на нововъзникващи технологии като силициева фотоника в оптичните връзки и нарастващото търсене на високо-продукти за оптични връзки от крайни клиенти. Като незаменим основен компонент на решенията за оптично свързване, лазерните чипове директно се възползват от тези тенденции, като по този начин ускоряват собственото си развитие.
През 2024 г. глобалният пазар на лазерни чипове ще достигне 2,6 милиарда щатски долара и се очаква да нарасне до 22,9 милиарда щатски долара през 2030 г., с общ годишен темп на растеж от 44,1%. Има обективни ограничения в развитието на индустрията за лазерни чипове, включително дълги цикли на разширяване на производствения капацитет, високи технически бариери и концентриран производствен капацитет от висок -край, ограничени основни материали и оборудване в краткосрочен и средносрочен план и небалансиран модел на веригата за доставки. Той не може напълно да отговори на бързо нарастващите нужди на пазара надолу по веригата. Пазарът като цяло е в недостиг. Това е особено очевидно при EML лазерни чипове и CW лазерни чипове, използвани за високо{10}}скоростни оптични връзки.
Основни сценарии за приложение на лазерни чипове
Лазерните чипове се използват главно в продукти за оптично свързване и сценариите за терминално приложение са много подобни на сценариите за приложение на решенията за оптично свързване, които поддържат. Според различни сценарии за приложение на терминали пазарът на лазерни чипове може да бъде разделен на пазара на лазерни чипове за центрове за данни и пазара на телекомуникационни лазерни чипове. Сред тях пазарът на лазерни чипове за центрове за данни заема абсолютна пазарна позиция. Размерът на пазара ще достигне 1,6 милиарда щатски долара през 2024 г. и се очаква да нарасне до 21,1 милиарда щатски долара през 2030 г., с общ годишен темп на растеж от 53,4%.
Пазарите на лазерни чипове за центрове за данни и телекомуникационни лазерни чипове представляват диференцирана технологична среда. Пазарът на лазерни чипове за центрове за данни се характеризира с-технологичен ландшафт на EML и CW лазерни чипове: EML лазерните чипове, като решение за ранна разработка, се използват широко в 400G и по-високи продукти за оптично свързване. През последните години силициевите фотонни решения с предимствата на висока интеграция и ниска цена се превърнаха във високо-посока на еволюция, изискваща високо-мощни CW лазерни чипове.
В телекомуникациите крайно{0}}излъчващите лазерни чипове продължават да доминират до голяма степен поради способността им да отговарят на строги изисквания за производителност. По-конкретно, DFB лазерните чипове се използват широко в сценарии на къси- и средни-разстояния, като 5G преден достъп и достъп до оптични влакна. Напротив, лазерните чипове EML преодоляват ограниченията на дисперсията чрез своя нисък чирп и висок коефициент на изчезване, като по този начин заемат доминираща позиция в -разстояния, високо-скоростни възли, като опорни мрежи и високо-скоростен достъп до оптични влакна.
EML лазерните чипове и CW лазерните чипове доминират пазарния дял и тяхното значение продължава да нараства
През 2024 г. общият размер на пазара на EML лазерни чипове и CW лазерни чипове ще достигне 970 милиона щатски долара, което представлява приблизително 38,1% от пазара. В бъдеще се очаква приходите от тези продукти да поддържат висок темп на растеж и пазарният дял ще продължи да нараства. До 2030 г. общите приходи се очаква да достигнат 20,80 милиарда щатски долара, с общ годишен темп на растеж от 66,6% и пазарен дял от 90,9%.
EML лазерен чип
EML лазерните чипове включват главно 50G/100G/200G и други спецификации според скоростта на данни от ниска до висока, а ядрото се адаптира към продукти за оптично свързване от 100G до 1,6T. Понастоящем 100G EML лазерни чипове са основни продукти и се използват широко в основните високо{7}}скоростни оптични продукти за свързване, като 400G и 800G оптични модули. Тъй като 1.6T и по-високи-скоростни продукти за оптично свързване последователно се пускат в употреба, 200G EML лазерни чипове, като подходящ избор за лазерни чипове, ще доведат до бърз растеж.
CW лазерен чип
Разработването на CW лазерни чипове се облагодетелства главно от прилагането на силициева фотонна технология. В силициевите фотонни решения CW лазерните чипове служат като външни/хетерогенни интегрирани светлинни източници и се използват заедно със силициеви фотонни модулатори за реализиране на преобразуването на фотоелектричния сигнал и модулационните функции на силициевите фотонни свързващи продукти. Сред високоскоростните-оптични продукти за свързване, силициевите фотонни решения и CW лазерните чипове се използват широко поради техните отлични предимства-по отношение на ценова ефективност.
В настоящите основни силициеви фотонни високо{0}}скоростни оптични свързващи продукти от 400G, 800G и дори 1,6T, основните използвани CW лазерни чипове включват 50mW, 70mW, 100mW и други мощностни модели. Освен това, водени от нововъзникващи технологии като NPO и CPO, високо-мощните CW лазерни чипове, включително модели от 150 mW, 300 mW и 400 mW, постепенно се включват в търговската разработка на следващо-поколение продукти за оптично свързване. От 2025 г. до 2030 г. търсенето на CW лазерни чипове с мощност над 100 mW се очаква да претърпи експлозивен растеж. До 2030 г. размерът на пазара на CW лазерни чипове с мощност над 100mW се очаква да достигне 6,6 милиарда щатски долара, което представлява 65,3% от пазара.
Движещи фактори за развитието на индустрията за лазерни чипове и бъдещи тенденции на развитие
. Търсенето продължава да се увеличава и поддържа бърз растеж. Разработването на клъстери за обучение с изкуствен интелект доведе до скок в търсенето на изчислителна мощност и високо-скоростно предаване на данни, стимулирайки експоненциален растеж на търсенето на високо{3}}скоростни оптични свързващи продукти надолу по веригата. Като основен компонент на продуктите за оптично свързване, пазарното търсене на лазерни чипове нараства бързо.
. EML лазерен чип и CW лазерен чип задвижване на две-колела. От една страна, лазерните чипове EML се превърнаха във важно решение за постигане на скорости на една-дължина на вълната 100G/200G поради тяхната висока честотна лента, ниска дисперсия и предимства при предаване на-разстояния и се използват широко в 400G, 800G и дори 1,6T високо{10}}скоростни оптични модули. От друга страна, изправени пред нововъзникващата силициева фотонна технология, CW лазерните чипове, съчетани със силициеви фотонни модулатори, постепенно се превръщат в ключово основно устройство, поддържащо следващото поколение оптични продукти за свързване и ултра{12}}високо-скоростни мрежи за центрове за данни поради тяхната висока интеграция, ниски-потенциал за разходи и перфектна адаптивност към най-нови-ръбове архитектури като CPO.
. Продуктите се развиват към по-висока производителност и стойността на единичните продукти продължава да нараства. Тъй като продуктите за оптично свързване продължават да се развиват към по-високи скорости и се изследват и прилагат нови интеграционни технологии, се поставят по-високи изисквания към производителността на лазерните чипове. Вземайки решенията EML като пример, високите скорости на предаване обикновено изискват висока производителност и количество лазерни чипове за единица продукт за оптично взаимно свързване, повишавайки стойността на лазерните чипове за единица продукт за оптично свързване.
В решението за силиконова светлина, въпреки че технологията за силиконова светлина намалява цената на модулационната част чрез CMOS процеса, за да задвижи по--скоростен силициев светлинен двигател и ефективно да компенсира сложните загуби на-оптичния път на чипа, оптичният модул трябва да бъде оборудван с по-висока{2}}мощност, по-висок{3}}монохроматичен лазерен чип като външен източник на CW светлина. Освен това, тъй като индустрията се развива към технологии за интеграция от следващо-поколение, като NPO и CPO, търсенето на лазерни чипове ще претърпи фундаментални промени и се очаква стойността на лазерните чипове в общите разходи за хардуер да нарасне допълнително.
. Диверсификация на веригата за доставки. Разширяването на управляваната от AI-глобална изчислителна инфраструктура постави значителни изисквания към мащаба, стабилността и навременността на веригата за доставки, създавайки стратегически възможности за високо{3}}качествени производители на лазерни чипове. Най-важното е, че производителите с усъвършенствани технически възможности (включително епитаксиален растеж, високо-прецизно гравиране на решетки) и предимства в оперативната ефективност и способностите за бърза реакция могат по-добре да отговорят на строги изисквания, да се присъединят към международната основна верига за доставки, да изградят разнообразна глобална мрежа за доставки и да спечелят значителен международен пазарен дял. Особено забележително е, че все повече и повече производители на лазерни чипове прилагат стратегии за глобализация, като локализират производствените си бази близо до производители на оптични връзки надолу по веригата или крайни клиенти, като по този начин изграждат по-устойчива и диверсифицирана глобална мрежа на веригата за доставки.
Структура на разходите за лазерен чип
Структурата на разходите за лазерни чипове е доминирана от производствени разходи, преки разходи за труд и разходи за материали. Материалните разходи включват основно субстрати, златни цели, специални газове и химикали и т.н., в зависимост от различните продукти, и обикновено представляват 10% до 20% от общите разходи. Понастоящем субстратните материали на лазерните чипове са главно InP и GaAs. Сред тях цените на InP продължават да растат през последните няколко години поради нарастващите цени на материалите и други ефекти. Поради сравнително простия производствен процес на GaAs, цената постепенно намалява с оптимизиране на процеса и технологична итерация.
Конкуренция с лазерни чипове
.Производствено ноу-хау. Производството на лазерни чипове е силно зависимо от усъвършенствани основни процеси, като епитаксиален растеж, високо-прецизно ецване на решетка и сложен дизайн на високо-скоростна модулация. С оглед на недостига на леярни с пълни -възможности за производствен процес, повечето доставчици на лазерни чипове трябва да работят в модела IDM, който поставя изключително високи изисквания към абсолютния контрол на доставчиците върху целия производствен процес и способността за натрупване на задълбочено ноу{7}}хау в индустрията. В допълнение, бързото повторение на продуктите за оптично свързване надолу по веригата доведе до непрекъснати технологични иновации на ниво чип. Следователно, производителите трябва да разполагат със собствена технология за бързо насърчаване на научноизследователската и развойна дейност към масово производство, непрекъснато оптимизиране на параметрите на процеса и поддържане на стабилни и високи добиви, за да се гарантира надеждността на продукта.
.Доверие и сътрудничество на клиентите. Пазарът на оптични връзки се характеризира с изключително строг и дълъг процес на сертифициране. Високите разходи за превключване, причинени от водещи решения за оптично взаимно свързване и доставчици на облачни услуги, поставят непреодолими бариери пред новите участници. Въпреки това, за доставчици, които успешно навлизат, тези характеристики насърчават взаимоотношения, които са много стабилни и рядко се променят. Чрез установяване на дългосрочни-доверени партньорства с лидери в индустрията, производителите на лазерни чипове могат да се интегрират дълбоко в глобалната верига на доставки и да получат критични ранни прозрения, докато архитектурите на AI и центровете за данни продължават да се развиват.
. Възможности за изследване и развитие. Технологията на индустрията за оптично взаимно свързване се развива бързо, което изисква производителите на лазерни чипове нагоре по веригата да имат-насочено към бъдещето оформление и систематични способности за изследване и развитие. Водещите компании обикновено планират напред в изследванията и развитието на основните технологии, за да продължат да отговарят на нуждите от надграждане на продукти надолу по веригата. Производителите на лазерни чипове с такива систематични и-насочени към бъдещето възможности за научноизследователска и развойна дейност могат не само да поддържат водещото темпо на технологичните итерации, но също така да формират технически бариери, които са трудни за възпроизвеждане в индустрията, и да продължат да водят в производителността и надеждността на продукта.
. Възможности за управление на веригата за доставки. Динамичният характер на пазара на оптични връзки поставя изключително високи изисквания към управлението на веригата за доставки и оперативната гъвкавост. Производителите трябва да имат способността гъвкаво да разширяват производството, да оптимизират разпределението на ресурсите и да отговарят на строгите цикли на доставка на клиентите. Една зряла и стабилна система на веригата за доставки е от решаващо значение за разрешаването на рисковете, свързани с бързата пазарна итерация и бурните колебания на поръчките. Чрез изграждане на солидна мрежа за доставки и поддържане на стабилността на производствения капацитет, производителите на лазерни чипове могат да постигнат икономии от мащаба, да отговорят на строги изисквания за доставка и да поддържат устойчиви предимства на разходите в един силно конкурентен глобален пазар.
За повече индустриални изследвания и анализи, моля, вижте официалния уебсайт на Sihan Industrial Research Institute. В същото време Институтът за индустриални изследвания Sihan също така предоставя доклади за индустриални изследвания, доклади за проучвания за осъществимост (одобрение и подаване на проекти, банкови заеми, инвестиционни решения, групови срещи), индустриално планиране, планиране на паркове, бизнес планове (дялово финансиране, инвестиции и съвместни предприятия, вътрешно{1}}вземане на решения), специални проучвания, архитектурен дизайн, доклади за чуждестранни инвестиции и други свързани решения за консултантски услуги.
