Gonilni dejavniki razvoja industrije laserskih čipov in prihodnji razvojni trendi leta 2026
Definicija laserskega čipa
Optični čipi so osrednje komponente, ki uresničujejo medsebojno pretvorbo nosilcev fotoelektrične energije. Široko se uporabljajo v izdelkih za optično medsebojno povezovanje in so v glavnem razdeljeni na laserske čipe in fotodetektorske čipe. Med njimi je laserski čip aktivna polprevodniška komponenta, ki pretvarja električno energijo v visoko-zmogljive, visoko-monokromatske svetlobne žarke na podlagi načela stimuliranega sevanja.
Na oddajnem koncu optičnih komunikacijskih sistemov so laserski čipi ključni vir svetlobe, ki prenaša informacije. So nenadomestljivi in zavzemajo osrednje mesto na področju optičnih čipov. Glede na metodo modulacije lahko laserske čipe razdelimo na neposredno modulacijo, integrirano modulacijo in zunanjo modulacijo. Z vidika materialnih sistemov laserske čipe v glavnem delimo na indijev fosfid (InP) in galijev arzenid (GaAs). Poleg tega jo lahko glede na svetlobno-strukturo razdelimo na površinsko-oddajajoče in robne-oddajne strukture.
Industrijska veriga distribucije laserskih čipov na trgu optičnih povezav
Laserski čipi so na vrhu industrijske verige optičnih povezav in so pomemben člen v celotni industrijski verigi z visokimi tehničnimi ovirami in kompleksnimi procesnimi tokovi. Zmogljivost laserskega čipa kot "srca" optičnega komunikacijskega sistema neposredno določa hitrost prenosa in energetsko učinkovitost spodnjih optičnih naprav, optičnih modulov in celo celotnega optičnega komunikacijskega sistema.
Kot osrednji nosilec optičnih komunikacijskih sistemov imajo izdelki za optično povezovanje očitne razlike v strukturi stroškov strojne opreme (BOM), odvisno od tehnološke poti. Če za primer vzamemo ne{1}}silicijeve optične optične module, njegova struktura stroškov strojne opreme vključuje predvsem štiri glavne segmente: optične čipe, električne čipe, pasivne optične naprave, PCB in mehanske komponente. Za produkte silicijeve fotonske medsebojne povezave je bila struktura BOM strukturno rekonstruirana. Originalni diskretni modulator in veliko število pasivnih optičnih naprav so integrirani v silicijev fotonski čip (PIC), PCB in mehanske komponente pa so močno poenostavljene.
V tem času se BOM osredotoča na dve jedri "silicijevih fotonskih čipov" in "laserjev". Ne glede na to, ali uporabljajo zgodaj-razvito rešitev EML ali nastajajočo silicijevo optično pot, zavzemajo laserski čipi pomemben položaj v vrednostni verigi, saj neposredno vplivajo na pretvorbo fotoelektričnega signala in kakovost prenosa signala.
Glavne vrste izdelkov z laserskimi čipi
Kot osnovna naprava fotoelektrične pretvorbe so laserski čipi v glavnem razdeljeni v pet kategorij na podlagi razlik v materialnih sistemih, fizičnih strukturah in metodah modulacije, vključno z DFB, EML, CW, VCSEL in FP, od katerih ima vsaka posebne tehnične prednosti in scenarije uporabe.
Ozadje razvoja trga laserskih čipov
Pomembna rast industrije laserskih čipov je predvsem posledica ugodnih dejavnikov, kot je eksplozivna rast trga optičnih medsebojnih povezav, hitra uporaba nastajajočih tehnologij, kot je silicijeva fotonika v optičnih medsebojnih povezavah, in vse večje povpraševanje po visoko-zmogljivih izdelkih optičnih medsebojnih povezav končnih strank. Kot nepogrešljiva osrednja komponenta rešitev za optično medsebojno povezovanje imajo laserski čipi neposredne koristi od teh trendov in s tem pospešujejo svoj razvoj.
Leta 2024 bo svetovni trg laserskih čipov dosegel 2,6 milijarde USD in naj bi leta 2030 zrasel na 22,9 milijarde USD, s skupno letno stopnjo rasti 44,1 %. Obstajajo objektivne omejitve v razvoju industrije laserskih čipov, vključno z dolgimi cikli širjenja proizvodnih zmogljivosti, visokimi tehničnimi ovirami in koncentrirano visoko{6}}zmogljivostjo proizvodnje, omejenimi osnovnimi materiali in opremo na kratki in srednji rok ter neuravnoteženim vzorcem dobavne verige. Ne more v celoti zadovoljiti hitro rastočih potreb prodajnega trga. Na celotnem trgu primanjkuje. To je še posebej očitno pri laserskih čipih EML in laserskih čipih CW, ki se uporabljajo za-hitre optične povezave.
Glavni scenariji uporabe laserskih čipov
Laserski čipi se večinoma uporabljajo v izdelkih za optično medsebojno povezovanje, scenariji uporabe terminalov pa so zelo podobni scenarijem uporabe rešitev za optično medsebojno povezovanje, ki jih podpirajo. Glede na različne scenarije uporabe terminalov lahko trg laserskih čipov razdelimo na trg laserskih čipov za podatkovne centre in trg telekomunikacijskih laserskih čipov. Med njimi trg laserskih čipov za podatkovne centre zavzema absolutni tržni položaj. Velikost trga bo leta 2024 dosegla 1,6 milijarde USD in naj bi se leta 2030 povečala na 21,1 milijarde USD, s skupno letno stopnjo rasti 53,4 %.
Trgi laserskih čipov podatkovnih centrov in telekomunikacijskih laserskih čipov predstavljajo diferencirano tehnološko pokrajino. Za trg laserskih čipov za podatkovne centre je značilna -tehnološka pokrajina z dvokolesnim pogonom laserskih čipov EML in CW: laserski čipi EML kot zgodnja razvojna rešitev se pogosto uporabljajo v izdelkih za optično povezovanje 400G in več. V zadnjih letih so silicijeve fotonske rešitve s prednostmi visoke integracije in nizkih stroškov postale visoko-smer evolucije, ki zahteva visoko-zmogljive laserske čipe CW.
V telekomunikacijah še naprej prevladujejo laserski čipi, ki-oddajajo robove, predvsem zaradi svoje sposobnosti izpolnjevanja strogih zahtev glede zmogljivosti. Natančneje, laserski čipi DFB se široko uporabljajo v scenarijih kratkih- in srednjih-razdalj, kot sta 5G spredaj in dostop do optičnih vlaken. Nasprotno, laserski čipi EML presegajo disperzijske omejitve s svojim nizkim čirpom in visokim razmerjem ekstinkcije, s čimer zavzemajo prevladujoč položaj v-hitrostnih vozliščih na dolge-razdalje, kot so hrbtenična omrežja in visoko-hitrostni optični dostop.
Laserski čipi EML in laserski čipi CW prevladujejo na trgu in njihov pomen še naprej narašča
Leta 2024 bo skupna velikost trga laserskih čipov EML in laserskih čipov CW dosegla 970 milijonov USD, kar predstavlja približno 38,1 % trga. V prihodnje naj bi prihodki teh produktov ohranili visoko stopnjo rasti, tržni delež pa se bo še povečeval. Do leta 2030 naj bi skupni prihodki dosegli 20,80 milijarde ameriških dolarjev, s skupno letno stopnjo rasti 66,6 % in tržnim deležem 90,9 %.
EML laserski čip
Laserski čipi EML vključujejo predvsem 50G/100G/200G in druge specifikacije glede na hitrost prenosa podatkov od nizke do visoke, jedro pa se prilagaja izdelkom za optično povezovanje od 100G do 1,6T. Trenutno so laserski čipi 100G EML običajni izdelki in se pogosto uporabljajo v glavnih izdelkih za visoko{7}}hitrostno optično povezovanje, kot so optični moduli 400G in 800G. Ker se izdelki za optično medsebojno povezovanje s hitrostjo 1,6T in višje-zaporedoma dajejo v uporabo, bodo laserski čipi 200G EML kot ustrezna izbira laserskih čipov uvedli hitro rast.
CW laserski čip
Razvoju laserskih čipov CW koristi predvsem uporaba tehnologije silicijeve fotonike. V silicijevih fotonskih rešitvah CW laserski čipi služijo kot zunanji/heterogeni integrirani svetlobni viri in se uporabljajo v povezavi s silicijevimi fotonskimi modulatorji za uresničitev pretvorbe fotoelektričnega signala in funkcij modulacije silicijevih fotonskih interkonekcijskih izdelkov. Med izdelki za-optično povezovanje z visoko hitrostjo se zaradi odlične-prednosti stroškovne učinkovitosti pogosto uporabljajo silicijeve fotonske rešitve in laserski čipi CW.
V trenutnih glavnih silicijevih fotonskih visoko{0}}hitrostnih optičnih interkonekcijskih izdelkih 400G, 800G in celo 1,6T glavni uporabljeni laserski čipi CW vključujejo 50mW, 70mW, 100mW in druge modele moči. Poleg tega se na podlagi nastajajočih tehnologij, kot sta NPO in CPO, visokozmogljivi-CW laserski čipi, vključno z modeli s 150 mW, 300 mW in 400 mW, postopoma vključujejo v komercialni razvoj naslednje{12}}generacije optičnih povezovalnih izdelkov. Od leta 2025 do 2030 naj bi povpraševanje po CW laserskih čipih z močjo nad 100 mW doživelo eksplozivno rast. Do leta 2030 naj bi obseg trga laserskih čipov CW z močjo nad 100 mW dosegel 6,6 milijarde USD, kar predstavlja 65,3 % trga.
Dejavniki razvoja industrije laserskih čipov in prihodnji razvojni trendi
. Povpraševanje še naprej narašča in ohranja hitro rast. Razvoj grozdov za usposabljanje z umetno inteligenco je povzročil skokovit porast povpraševanja po računalniški moči in visoko-hitrostnem prenosu podatkov, kar je spodbudilo eksponentno rast povpraševanja po -hitrostnih optičnih povezovalnih izdelkih. Tržno povpraševanje po laserskih čipih kot osrednji komponenti izdelkov za optično povezovanje hitro narašča.
. Laserski čip EML in dvokolesni-pogon z laserskim čipom CW. Po eni strani so laserski čipi EML postali pomembna rešitev za doseganje hitrosti 100G/200G z eno-valovno dolžino zaradi svoje visoke pasovne širine, nizke disperzije in prednosti prenosa na velike-razdalje ter se široko uporabljajo v 400G, 800G in celo 1,6T visoko{10}}hitrostnih optičnih modulih. Po drugi strani pa laserski čipi CW v kombinaciji s silicijevimi fotonskimi modulatorji postopoma postajajo ključna jedrna naprava, ki podpira naslednjo generacijo izdelkov za optično medsebojno povezovanje in ultra{12}}visokih-hitrostnih omrežij podatkovnih centrov zaradi njihove visoke integracije, nizke-cenovnega potenciala in popolne prilagodljivosti vrhunskemu-robu. arhitekture, kot je CPO.
. Izdelki se razvijajo v smeri višje zmogljivosti, vrednost izdelkov na enoto pa še naprej narašča. Ker se izdelki za optično medsebojno povezovanje še naprej razvijajo v smeri višjih hitrosti ter se raziskujejo in uporabljajo nove integracijske tehnologije, so višje zahteve glede zmogljivosti laserskih čipov. Če za primer vzamemo rešitve EML, visoke hitrosti prenosa običajno zahtevajo visoko zmogljivost in količino laserskih čipov na enoto izdelka za optično medsebojno povezovanje, kar povečuje vrednost laserskih čipov na enoto izdelka za optično medsebojno povezovanje.
Čeprav tehnologija silicijeve svetlobe zmanjša stroške modulacijskega dela s postopkom CMOS, mora biti optični modul opremljen z več-monokromatskim-monokromatskim laserskim čipom kot zunanjim virom CW svetlobe, da bi poganjal hitrejši-motor silicijeve svetlobe in učinkovito kompenziral kompleksne izgube optične poti na-čipu. Poleg tega se bo, ko se industrija razvija k integracijskim tehnologijam naslednje-generacije, kot sta NPO in CPO, povpraševanje po laserskih čipih bistveno spremenilo, vrednost laserskih čipov v skupnih stroških strojne opreme pa naj bi se še povečala.
. Diverzifikacija dobavne verige. Širitev globalne računalniške infrastrukture, ki jo-poganja umetna inteligenca, je postavila pomembne zahteve glede obsega, stabilnosti in pravočasnosti dobavne verige, kar ustvarja strateške priložnosti za visoko{3}}kakovostne proizvajalce laserskih čipov. Bistveno je, da lahko proizvajalci z naprednimi tehničnimi zmogljivostmi (vključno z epitaksialno rastjo, visoko-natančnim jedkanjem rešetke) in prednostmi v operativni učinkovitosti in zmožnostmi hitrega odziva bolje izpolnjujejo stroge zahteve, se pridružijo mednarodni osrednji dobavni verigi, zgradijo raznoliko globalno omrežje dobavne verige in pridobijo znaten mednarodni tržni delež. Posebej je treba omeniti, da vedno več proizvajalcev laserskih čipov izvaja strategije globalizacije tako, da svoje proizvodne baze postavijo v bližino proizvajalcev optičnih povezav ali končnih kupcev, s čimer gradijo bolj odporno in raznoliko globalno omrežje dobavne verige.
Struktura stroškov laserskega čipa
V strukturi stroškov laserskih čipov prevladujejo proizvodni stroški, neposredni stroški dela in materialni stroški. Stroški materiala vključujejo predvsem substrate, zlate tarče, posebne pline in kemikalije itd., odvisno od različnih izdelkov, in običajno predstavljajo 10 % do 20 % skupnih stroškov. Trenutno so substratni materiali laserskih čipov večinoma InP in GaAs. Med njimi so cene InP v zadnjih nekaj letih še naprej rasle zaradi naraščajočih cen materialov in drugih učinkov. Zaradi razmeroma enostavnega proizvodnega procesa GaAs je cena postopoma upadala z optimizacijo procesa in ponavljanjem tehnologije.
Konkurenčne ovire z laserskimi čipi
.Proizvodno znanje-kako. Proizvodnja laserskih čipov je močno odvisna od naprednih osnovnih procesov, kot je epitaksialna rast, visoko-natančno jedkanje rešetke in kompleksna zasnova visoko-hitrostne modulacije. Zaradi pomanjkanja livarn s polno-zmožnostmi procesne proizvodnje bi morala večina dobaviteljev laserskih čipov delovati po modelu IDM, ki postavlja izjemno visoke zahteve glede absolutnega nadzora dobaviteljev nad celotnim proizvodnim procesom in zmožnosti kopičenja globokega industrijskega znanja-. Poleg tega je hitra iteracija nadaljnjih optičnih povezovalnih izdelkov spodbudila stalne tehnološke inovacije na ravni čipov. Zato morajo proizvajalci imeti lastniško tehnologijo za hitro spodbujanje raziskav in razvoja v množično proizvodnjo, stalno optimizacijo procesnih parametrov ter vzdrževanje stabilnih in visokih izkoristkov, da se zagotovi zanesljivost izdelka.
.Zaupanje in sodelovanje strank. Za trg optičnih povezav je značilen izjemno strog in dolgotrajen postopek certificiranja. Visoki stroški zamenjave, ki jih povzročajo vodilne rešitve za optično povezovanje in ponudniki storitev v oblaku, postavljajo nepremostljive ovire za nove udeležence. Vendar pa pri dobaviteljih, ki uspešno vstopijo, te lastnosti spodbujajo odnose, ki so zelo robustni in se redko spreminjajo. Z vzpostavitvijo dolgoročnih-zaupanja vrednih partnerstev z vodilnimi v panogi se lahko proizvajalci laserskih čipov globoko vključijo v globalno dobavno verigo in pridobijo kritične zgodnje vpoglede, ko se arhitektura AI in podatkovnih centrov še naprej razvijata.
. Raziskovalne in razvojne zmogljivosti. Tehnologija industrije optičnega medsebojnega povezovanja se hitro razvija, kar od proizvajalcev laserskih čipov zahteva, da imajo-v prihodnost usmerjeno postavitev ter sistematične raziskovalne in razvojne zmogljivosti. Vodilna podjetja običajno vnaprej načrtujejo raziskave in razvoj osrednjih tehnologij, da bi še naprej izpolnjevala potrebe nadgradenj izdelkov na koncu proizvodne verige. Proizvajalci laserskih čipov s tako sistematičnimi in v prihodnost-usmerjenimi zmogljivostmi za raziskave in razvoj lahko ne samo ohranijo vodilni tempo tehnoloških iteracij, ampak tudi oblikujejo tehnične ovire, ki jih je težko ponoviti v industriji, in še naprej vodijo v zmogljivosti in zanesljivosti izdelkov.
. Zmogljivosti upravljanja dobavne verige. Dinamična narava trga optičnih povezav postavlja izjemno visoke zahteve glede upravljanja dobavne verige in operativne agilnosti. Proizvajalci morajo imeti možnost prožne širitve proizvodnje, optimizacije dodeljevanja virov in izpolnjevanja strogih dobavnih ciklov strank. Zrel in robusten sistem dobavne verige je ključnega pomena za reševanje tveganj, povezanih s hitrim ponavljanjem trga in silovitimi nihanji naročil. Z izgradnjo trdne dobavne mreže in ohranjanjem stabilnosti proizvodnih zmogljivosti lahko proizvajalci laserskih čipov dosežejo ekonomijo obsega, izpolnijo stroge zahteve glede dostave in ohranijo trajnostne stroškovne prednosti na ostro konkurenčnem svetovnem trgu.
Za več industrijskih raziskav in analiz obiščite uradno spletno stran Sihan Industrial Research Institute. Istočasno Inštitut za industrijske raziskave Sihan zagotavlja tudi poročila o industrijskih raziskavah, poročila o študijah izvedljivosti (odobritev in vložitev projektov, bančna posojila, naložbene odločitve, skupinski sestanki), industrijsko načrtovanje, načrtovanje parkov, poslovne načrte (lastniško financiranje, naložbe in skupna vlaganja, interno odločanje), posebne raziskave, arhitekturno načrtovanje, poročila o čezmorskih naložbah in druge povezane rešitve svetovalnih storitev.
