Definicija laserskog čipa
Optički čipovi su osnovne komponente koje ostvaruju međusobnu pretvorbu fotoelektričnih nositelja energije. Naširoko se koriste u proizvodima za optičko međusobno povezivanje i uglavnom se dijele na laserske čipove i fotodetektorske čipove. Među njima je laserski čip aktivna poluvodička komponenta koja pretvara električnu energiju u-monokromatske svjetlosne zrake velike-monokromatske svjetlosti velike{3}}na temelju principa stimuliranog zračenja.
Na odašiljačkom kraju optičkih komunikacijskih sustava, laserski čipovi ključni su izvor svjetlosti koji prenosi informacije. Oni su nezamjenjivi i zauzimaju središnje mjesto u području optičkih čipova. Prema metodi modulacije, laserski čipovi se mogu podijeliti na izravnu modulaciju, integriranu modulaciju i vanjsku modulaciju. Iz perspektive materijalnih sustava, laserski čipovi se uglavnom dijele na indijev fosfid (InP) i galijev arsenid (GaAs). Osim toga, prema strukturi-emitiranja svjetlosti, može se podijeliti na strukture-koje emitiraju površinu i -koje emitiraju rubove.
Industrijski lanac distribucije laserskih čipova na tržištu optičkog povezivanja
Laserski čipovi nalaze se na vrhu industrijskog lanca optičkog međusobnog povezivanja i važna su karika u cijelom industrijskom lancu s visokim tehničkim preprekama i složenim tokovima procesa. Kao "srce" optičkog komunikacijskog sustava, performanse laserskog čipa izravno određuju brzinu prijenosa i energetsku učinkovitost nizvodnih optičkih uređaja, optičkih modula, pa čak i cijelog optičkog komunikacijskog sustava.
Kao temeljni nositelj optičkih komunikacijskih sustava, proizvodi za optičko međusobno povezivanje imaju očite razlike u strukturi troškova hardvera (BOM) ovisno o tehnološkom putu. Uzimajući ne-silicijske optičke optičke module kao primjer, njegova struktura troškova hardvera uglavnom uključuje četiri glavna segmenta: optičke čipove, električne čipove, pasivne optičke uređaje, PCB i mehaničke komponente. Za silicijeve fotonske interkonektorske proizvode struktura BOM-a je strukturno rekonstruirana. Izvorni diskretni modulator i velik broj pasivnih optičkih uređaja integrirani su u silicijski fotonski čip (PIC), dok su PCB i mehaničke komponente znatno pojednostavljene.
U ovom trenutku BOM se fokusira na dvije jezgre "silicijskih fotonskih čipova" i "lasera". Bilo da koriste rano-razvijeno EML rješenje ili novu silikonsku optičku putanju, laserski čipovi zauzimaju važnu poziciju u lancu vrijednosti jer izravno utječu na pretvorbu fotoelektričnog signala i kvalitetu prijenosa signala.
Glavne vrste proizvoda laserskih čipova
Kao temeljni uređaj fotoelektrične pretvorbe, laserski čipovi uglavnom su podijeljeni u pet kategorija na temelju razlika u materijalnim sustavima, fizičkim strukturama i modulacijskim metodama, uključujući DFB, EML, CW, VCSEL i FP, svaki sa specifičnim tehničkim prednostima i scenarijima primjene.
Pozadina razvoja tržišta laserskih čipova
Značajan rast industrije laserskih čipova uglavnom je posljedica povoljnih čimbenika kao što je eksplozivan rast tržišta optičkog međusobnog povezivanja, brza primjena novih tehnologija kao što je silicijska fotonika u optičkom međusobnom povezivanju i sve veća potražnja krajnjih kupaca za proizvodima optičkog međusobnog povezivanja visokih{0}}izvedbi. Kao neizostavna ključna komponenta rješenja za optičko međusobno povezivanje, laserski čipovi imaju izravnu korist od ovih trendova, čime ubrzavaju vlastiti razvoj.
Godine 2024. globalno tržište laserskih čipova dosegnut će 2,6 milijardi USD, a očekuje se da će porasti na 22,9 milijardi USD 2030., uz ukupnu godišnju stopu rasta od 44,1%. Postoje objektivna ograničenja u razvoju industrije laserskih čipova, uključujući duge cikluse proširenja proizvodnog kapaciteta, visoke tehničke prepreke i koncentrirani proizvodni kapacitet visoke- krajnje klase, ograničene osnovne materijale i opremu u kratkom i srednjem roku te neuravnotežen obrazac opskrbnog lanca. Ne može u potpunosti zadovoljiti brzo rastuće potrebe nizvodnog tržišta. Sveukupno tržište je u nedostatku. To je posebno vidljivo u EML laserskim čipovima i CW laserskim čipovima koji se koriste za-optičke međukonekcije velike brzine.
Glavni scenariji primjene laserskih čipova
Laserski čipovi se uglavnom koriste u proizvodima za optičko međusobno povezivanje, a scenariji primjene terminala vrlo su slični scenarijima primjene rješenja za optičko međusobno povezivanje koje podržavaju. Prema različitim scenarijima primjene terminala, tržište laserskih čipova može se podijeliti na tržište laserskih čipova za podatkovne centre i tržište telekomunikacijskih laserskih čipova. Među njima, tržište laserskih čipova za podatkovne centre zauzima apsolutnu tržišnu poziciju. Veličina tržišta dosegnut će 1,6 milijardi USD 2024., a očekuje se da će porasti na 21,1 milijardu USD 2030., sa ukupnom godišnjom stopom rasta od 53,4%.
Tržišta laserskih čipova za podatkovne centre i telekomunikacijskih laserskih čipova predstavljaju diferencirano tehnološko okruženje. Tržište laserskih čipova za podatkovne centre karakterizira tehnološki pejzaž EML i CW laserskih čipova s pogonom na dva kotača: EML laserski čipovi, kao rano razvojno rješenje, naširoko se koriste u proizvodima za optičko međusobno povezivanje od 400G i više. Posljednjih godina, silicijska fotonska rješenja s prednostima visoke integracije i niske cijene postala su brz-smjer evolucije, zahtijevajući-snažne CW laserske čipove.
U telekomunikacijama, laserski čipovi-s rubnim emitiranjem i dalje dominiraju, uglavnom zbog svoje sposobnosti da zadovolje stroge zahtjeve performansi. Konkretno, DFB laserski čipovi naširoko se koriste u scenarijima kratkih- i srednjih-udaljenosti kao što su 5G fronthaul i pristup optičkim vlaknima. Naprotiv, EML laserski čipovi nadilaze ograničenja disperzije svojim niskim chirpom i visokim omjerom izumiranja, čime zauzimaju dominantan položaj u-čvorovima velikih-brzina na velikim-udaljenostima kao što su mreže okosnice i pristup vlaknima velike-brzine.
EML laserski čipovi i CW laserski čipovi dominiraju tržišnim udjelom, a njihov značaj i dalje raste
Godine 2024. ukupna veličina tržišta EML laserskih čipova i CW laserskih čipova dosegnut će 970 milijuna USD, što će činiti približno 38,1% tržišta. U budućnosti se očekuje da će prihodi od ovih proizvoda zadržati visoku stopu rasta, a tržišni udjel nastaviti rasti. Do 2030. godine očekuje se da će ukupni prihod dosegnuti 20,80 milijardi američkih dolara, sa ukupnom godišnjom stopom rasta od 66,6% i tržišnim udjelom od 90,9%.
EML laserski čip
EML laserski čipovi uglavnom uključuju 50G/100G/200G i druge specifikacije prema brzini prijenosa podataka od niske do visoke, a jezgra se prilagođava proizvodima za optičko međusobno povezivanje od 100G do 1,6T. Trenutačno su 100G EML laserski čipovi glavni proizvodi i naširoko se koriste u glavnim brzim optičkim interkonekcijskim proizvodima kao što su 400G i 800G optički moduli. Kako se proizvodi za optičko međusobno povezivanje brzine 1.6T i više-sukcesivno stavljaju u upotrebu, laserski čipovi od 200G EML, kao odgovarajući izbor laserskih čipova, dovest će do brzog rasta.
CW laserski čip
Razvoj CW laserskih čipova uglavnom ima koristi od primjene tehnologije silicijske fotonike. U silicijskim fotonskim rješenjima, CW laserski čipovi služe kao vanjski/heterogeni integrirani izvori svjetlosti i koriste se zajedno sa silicijskim fotonskim modulatorima za realizaciju pretvorbe fotoelektričnog signala i funkcija modulacije silicijevih fotonskih interkonektivnih proizvoda. Među-proizvodima za optičko međusobno povezivanje velike brzine, silikonska fotonska rješenja i CW laserski čipovi naširoko su korišteni zbog svojih izvrsnih prednosti-cijenovne učinkovitosti.
U trenutnim glavnim silicijskim fotonskim visoko{0}}brzinskim optičkim interkonekcijskim proizvodima od 400G, 800G pa čak i 1,6T, glavni korišteni CW laserski čipovi uključuju 50mW, 70mW, 100mW i druge modele snage. Osim toga, potaknuti novim tehnologijama kao što su NPO i CPO, visoko-snažni CW laserski čipovi, uključujući modele od 150 mW, 300 mW i 400 mW, postupno se uključuju u komercijalni razvoj sljedeće-generacije proizvoda za optičko međusobno povezivanje. Očekuje se da će od 2025. do 2030. potražnja za CW laserskim čipovima snage iznad 100 mW doživjeti eksplozivan rast. Očekuje se da će do 2030. tržišna veličina CW laserskih čipova snage iznad 100 mW dosegnuti 6,6 milijardi USD, što će činiti 65,3% tržišta.
Čimbenici koji pokreću razvoj industrije laserskih čipova i budući trendovi razvoja
. Potražnja nastavlja rasti i održava brzi rast. Razvoj klastera za obuku AI doveo je do porasta potražnje za računalnom snagom i prijenosom podataka velike-brzine, pokrećući eksponencijalni rast potražnje za nizvodnim proizvodima za optičko međupovezivanje velike{3}}brzine. Kao temeljna komponenta proizvoda za optičko međusobno povezivanje, tržišna potražnja za laserskim čipovima brzo raste.
. EML laserski čip i pogon na dva-kotača CW laserski čip. S jedne strane, EML laserski čipovi postali su važno rješenje za postizanje brzina jedne-valne duljine 100G/200G zbog svoje velike propusnosti, niske disperzije i prednosti prijenosa na velike-udaljenosti, a naširoko se koriste u 400G, 800G pa čak i 1,6T brzim-optičkim modulima. S druge strane, suočavajući se s novonastalom tehnologijom silicijske fotonike, CW laserski čipovi upareni sa silicijskim fotonskim modulatorima postupno postaju ključni jezgreni uređaj koji podržava sljedeću generaciju proizvoda za optičko međusobno povezivanje i ultra{12}}velike-brze mreže podatkovnih centara zbog svoje visoke integracije, niske-troškovne mogućnosti i savršene prilagodljivosti najnovijim-rubima arhitekture kao što je CPO.
. Proizvodi se razvijaju prema višim performansama, a vrijednost jediničnih proizvoda nastavlja rasti. Kako se proizvodi za optičko međusobno povezivanje nastavljaju razvijati prema većim brzinama, a nove integracijske tehnologije se istražuju i primjenjuju, sve veći zahtjevi se postavljaju na performanse laserskih čipova. Uzimajući EML rješenja kao primjer, visoke brzine prijenosa obično zahtijevaju visoke performanse i količinu laserskih čipova po jedinici proizvoda optičkog međusobnog povezivanja, povećavajući vrijednost laserskih čipova po jedinici proizvoda optičkog međusobnog povezivanja.
U rješenju silicijskog svjetla, iako tehnologija silicijskog svjetla smanjuje troškove modulacijskog dijela kroz CMOS proces, kako bi pokretao-brzi silicijski svjetlosni motor i učinkovito kompenzirao složene gubitke na-optičkom putu čipa, optički modul mora biti opremljen s-snagom, veći{3}}monokromatskim laserskim čipom kao vanjskim CW izvorom svjetla. Osim toga, kako se industrija bude razvijala prema integracijskim tehnologijama sljedeće-generacije kao što su NPO i CPO, potražnja za laserskim čipovima doživjet će temeljne promjene, a očekuje se da će vrijednost laserskih čipova u ukupnim troškovima hardvera dodatno porasti.
. Diverzifikacija lanca opskrbe. Ekspanzija globalne računalne infrastrukture-potaknute umjetnom inteligencijom postavila je značajne zahtjeve za opseg, stabilnost i pravovremenost opskrbnog lanca, stvarajući strateške prilike za visoko{3}}kvalitetne proizvođače laserskih čipova. Najvažnije je da proizvođači s naprednim tehničkim mogućnostima (uključujući epitaksijalni rast, visoko-precizno graviranje rešetke) i prednostima u operativnoj učinkovitosti i mogućnostima brzog odgovora mogu bolje ispuniti stroge zahtjeve, pridružiti se međunarodnom glavnom opskrbnom lancu, izgraditi raznoliku globalnu mrežu opskrbnog lanca i steći značajan udio na međunarodnom tržištu. Posebno je važno napomenuti da sve više i više proizvođača laserskih čipova provodi strategije globalizacije lociranjem svojih proizvodnih baza u blizini proizvođača optičkih interkonekcija ili krajnjih kupaca, gradeći tako otporniju i raznolikiju globalnu mrežu opskrbnog lanca.
Struktura troškova laserskog čipa
U strukturi troškova laserskih čipova dominiraju troškovi proizvodnje, izravni troškovi rada i troškovi materijala. Materijalni troškovi uglavnom uključuju podloge, zlatne mete, posebne plinove i kemikalije itd., ovisno o različitim proizvodima, i obično iznose 10% do 20% ukupnih troškova. Trenutačno su supstratni materijali laserskih čipova uglavnom InP i GaAs. Među njima, cijene InP-a nastavile su rasti u posljednjih nekoliko godina zbog porasta cijena materijala i drugih učinaka. Zbog relativno jednostavnog procesa proizvodnje GaAs, cijena je postupno opadala s optimizacijom procesa i ponavljanjem tehnologije.
Barijere konkurencije s laserskim čipom
.Proizvodnja know-how. Proizvodnja laserskih čipova uvelike ovisi o naprednim osnovnim procesima, kao što je epitaksijalni rast, visoko-precizno jetkanje rešetke i složeni dizajn velike-brze modulacije. S obzirom na nedostatak ljevaonica s potpunim-procesnim proizvodnim mogućnostima, većina dobavljača laserskih čipova trebala bi raditi u IDM modelu, koji postavlja izuzetno visoke zahtjeve za apsolutnu kontrolu dobavljača nad cijelim proizvodnim procesom i sposobnost akumuliranja dubokog industrijskog znanja-kako. Osim toga, brza iteracija nizvodnih proizvoda za optičko međusobno povezivanje potaknula je stalne tehnološke inovacije na razini čipova. Stoga proizvođači trebaju imati vlastitu tehnologiju za brzo promicanje istraživanja i razvoja u masovnu proizvodnju, kontinuiranu optimizaciju parametara procesa i održavanje stabilnih i visokih prinosa kako bi se osigurala pouzdanost proizvoda.
.Povjerenje kupaca i suradnja. Tržište optičkog međusobnog povezivanja karakterizira iznimno strog i dugotrajan proces certificiranja. Visoki troškovi prebacivanja uzrokovani vodećim rješenjima za optičko međusobno povezivanje i pružateljima usluga u oblaku postavljaju nepremostive prepreke za nove sudionike. Međutim, za dobavljače koji uspješno uđu, ove karakteristike potiču odnose koji su vrlo robusni i rijetko se mijenjaju. Uspostavljanjem dugoročnih-povjerljivih partnerstava s vodećima u industriji, proizvođači laserskih čipova mogu se duboko integrirati u globalni lanac opskrbe i steći kritične rane uvide kako se AI i arhitekture podatkovnih centara nastavljaju razvijati.
. Istraživačke i razvojne sposobnosti. Tehnologija industrije optičkog međusobnog povezivanja ubrzano se ponavlja, što zahtijeva od naprednih proizvođača laserskih čipova da imaju-izgled koji gleda u budućnost te sustavne mogućnosti istraživanja i razvoja. Vodeće tvrtke obično unaprijed planiraju istraživanje i razvoj temeljnih tehnologija kako bi nastavile zadovoljavati potrebe nadogradnji proizvoda u nastavku. Proizvođači laserskih čipova s takvim sustavnim i-orijentiranim mogućnostima istraživanja i razvoja ne samo da mogu održati vodeći tempo tehnoloških iteracija, već i stvoriti tehničke prepreke koje je teško ponoviti u industriji, te nastaviti biti vodeći u izvedbi i pouzdanosti proizvoda.
. Mogućnosti upravljanja lancem opskrbe. Dinamična priroda tržišta optičkog međusobnog povezivanja postavlja iznimno visoke zahtjeve za upravljanje opskrbnim lancem i operativnu agilnost. Proizvođači moraju imati mogućnost fleksibilnog proširenja proizvodnje, optimiziranja raspodjele resursa i ispunjavanja strogih ciklusa isporuke kupaca. Zreo i robustan sustav opskrbnog lanca ključan je za rješavanje rizika povezanih s brzim ponavljanjem tržišta i nasilnim fluktuacijama narudžbi. Izgradnjom čvrste opskrbne mreže i održavanjem stabilnosti proizvodnih kapaciteta, proizvođači laserskih čipova mogu postići ekonomiju razmjera, ispuniti stroge zahtjeve isporuke i održati održive troškovne prednosti na žestoko konkurentnom globalnom tržištu.
Za više industrijskih istraživanja i analiza, pogledajte službenu web stranicu Sihan Industrial Research Institute. Istodobno, Institut za industrijska istraživanja Sihan također pruža izvješća o industrijskim istraživanjima, izvješća o studijama izvedivosti (odobrenje i podnošenje projekata, bankovni zajmovi, investicijske odluke, grupni sastanci), industrijsko planiranje, planiranje parkova, poslovne planove (vlasničko financiranje, ulaganja i zajednička ulaganja, interno-donošenje odluka), posebne ankete, arhitektonski dizajn, izvješća o inozemnim ulaganjima i druga povezana rješenja za savjetodavne usluge.
