Czynniki napędzające rozwój branży chipów laserowych i przyszłe trendy rozwojowe w 2026 r
Definicja chipa laserowego
Podstawowymi elementami realizującymi wzajemną konwersję fotoelektrycznych nośników energii są chipy optyczne. Są szeroko stosowane w optycznych produktach połączeniowych i dzielą się głównie na chipy laserowe i chipy fotodetektorów. Wśród nich chip laserowy to aktywny element półprzewodnikowy, który przekształca energię elektryczną w-monochromatyczne wiązki światła o dużej-mocy i dużej mocy, w oparciu o zasadę promieniowania wymuszonego.
Po stronie nadawczej systemów komunikacji optycznej chipy laserowe są kluczowym źródłem światła przenoszącym informacje. Są niezastąpione i zajmują centralną pozycję w dziedzinie chipów optycznych. Ze względu na metodę modulacji chipy laserowe można podzielić na modulację bezpośrednią, modulację zintegrowaną i modulację zewnętrzną. Z punktu widzenia układów materiałowych chipy laserowe dzielą się głównie na fosforek indu (InP) i arsenek galu (GaAs). Ponadto zgodnie ze strukturą-emitującą światło można ją podzielić na struktury-emitujące powierzchnię i-emitujące krawędzie.
Łańcuchowa dystrybucja przemysłowa chipów laserowych na rynku wzajemnych połączeń optycznych
Chipy laserowe znajdują się na wczesnym etapie łańcucha branżowego połączeń optycznych i stanowią ważne ogniwo w całym łańcuchu branżowym charakteryzującym się wysokimi barierami technicznymi i złożonymi przepływami procesów. Będąc „sercem” systemu komunikacji optycznej, wydajność chipa laserowego bezpośrednio determinuje szybkość transmisji i efektywność energetyczną dalszych urządzeń optycznych, modułów optycznych, a nawet całego systemu komunikacji optycznej.
Jako główny nośnik optycznych systemów komunikacyjnych, optyczne produkty wzajemnych połączeń charakteryzują się oczywistymi różnicami w strukturze kosztów sprzętu (BOM) w zależności od ścieżki technologicznej. Biorąc za przykład-krzemowe optyczne moduły optyczne, struktura kosztów sprzętu obejmuje głównie cztery główne segmenty: chipy optyczne, chipy elektryczne, pasywne urządzenia optyczne, PCB i komponenty mechaniczne. W przypadku krzemowych produktów wzajemnych połączeń fotonicznych struktura BOM została zrekonstruowana strukturalnie. Oryginalny dyskretny modulator i duża liczba pasywnych urządzeń optycznych są zintegrowane w krzemowym chipie fotonicznym (PIC), podczas gdy płytka drukowana i elementy mechaniczne są znacznie uproszczone.
W tej chwili BOM koncentruje się na dwóch rdzeniach: „krzemowych chipach fotonicznych” i „laserach”. Niezależnie od tego, czy korzysta się z-wcześniej opracowanego rozwiązania EML, czy z powstającej krzemowej ścieżki optycznej, chipy laserowe zajmują ważną pozycję w łańcuchu wartości, ponieważ bezpośrednio wpływają na konwersję sygnału fotoelektrycznego i jakość transmisji sygnału.
Główne typy produktów z chipami laserowymi
Jako podstawowe urządzenie konwersji fotoelektrycznej, chipy laserowe dzieli się głównie na pięć kategorii w oparciu o różnice w systemach materiałowych, strukturach fizycznych i metodach modulacji, w tym DFB, EML, CW, VCSEL i FP, każda z określonymi zaletami technicznymi i scenariuszami zastosowań.
Tło rozwoju rynku chipów laserowych
Znaczący rozwój branży chipów laserowych wynika głównie z sprzyjających czynników, takich jak gwałtowny rozwój rynku wzajemnych połączeń optycznych, szybkie zastosowanie nowych technologii, takich jak fotonika krzemowa w połączeniach optycznych, oraz rosnące zapotrzebowanie-na produkty wzajemnych połączeń optycznych o wysokiej wydajności ze strony klientów końcowych. Jako niezbędny, podstawowy element optycznych rozwiązań wzajemnych, chipy laserowe bezpośrednio czerpią korzyści z tych trendów, przyspieszając w ten sposób swój własny rozwój.
W 2024 r. światowy rynek chipów laserowych osiągnie wartość 2,6 mld USD i oczekuje się, że w 2030 r. wzrośnie do 22,9 mld USD, przy łącznej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 44,1%. Istnieją obiektywne ograniczenia w rozwoju branży chipów laserowych, w tym długie cykle zwiększania mocy produkcyjnych, wysokie bariery techniczne i skoncentrowane-moce produkcyjne z najwyższej półki, ograniczone podstawowe materiały i sprzęt w perspektywie krótko- i średnioterminowej oraz niezrównoważony wzorzec łańcucha dostaw. Nie jest w stanie w pełni zaspokoić szybko rosnących potrzeb rynku downstream. Na całym rynku brakuje. Jest to szczególnie widoczne w chipach laserowych EML i CW stosowanych w{10}}szybkich połączeniach optycznych.
Główne scenariusze zastosowań chipów laserowych
Chipy laserowe są stosowane głównie w optycznych produktach wzajemnych, a scenariusze zastosowań terminali są bardzo podobne do scenariuszy zastosowań obsługiwanych przez nie optycznych rozwiązań wzajemnych. Według różnych scenariuszy zastosowań terminali rynek chipów laserowych można podzielić na rynek chipów laserowych dla centrów danych i rynek chipów laserowych dla telekomunikacji. Wśród nich rynek chipów laserowych do centrów danych zajmuje absolutną pozycję rynkową. Wielkość rynku osiągnie 1,6 miliarda dolarów w 2024 r. i oczekuje się, że w 2030 r. wzrośnie do 21,1 miliarda dolarów, przy łącznej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 53,4%.
Rynki chipów laserowych do centrów danych i telekomunikacyjnych chipów laserowych charakteryzują się zróżnicowanym krajobrazem technologicznym. Rynek chipów laserowych do centrów danych charakteryzuje się-pejzażem technologii napędu na dwa koła, obejmującym chipy laserowe EML i CW: chipy laserowe EML, jako wczesne rozwiązanie rozwojowe, są szeroko stosowane w optycznych produktach wzajemnych o przepustowości 400 G i większej. W ostatnich latach krzemowe rozwiązania fotoniczne charakteryzujące się wysoką integracją i niskim kosztem stały się kierunkiem szybkiej-ewolucji, wymagającej-chipów laserowych CW o dużej mocy.
W telekomunikacji nadal dominują chipy laserowe-emitujące krawędzie, głównie ze względu na ich zdolność do spełniania rygorystycznych wymagań wydajnościowych. W szczególności chipy laserowe DFB są szeroko stosowane w scenariuszach- i średnich-odległościach, takich jak fronthaul 5G i dostęp do światłowodów. Wręcz przeciwnie, chipy laserowe EML pokonują ograniczenia dyspersji dzięki niskiemu ćwierkaniu i wysokiemu współczynnikowi ekstynkcji, zajmując w ten sposób dominującą pozycję w-odległościowych i szybkich węzłach, takich jak sieci szkieletowe i-szybki dostęp światłowodowy.
Udział w rynku dominują chipy laserowe EML i CW, a ich znaczenie stale rośnie
W 2024 r. łączna wielkość rynku chipów laserowych EML i CW osiągnie 970 milionów dolarów, co będzie stanowić około 38,1% rynku. Oczekuje się, że w przyszłości przychody z tych produktów utrzymają się na wysokim poziomie, a udział w rynku będzie nadal rósł. Oczekuje się, że do 2030 r. całkowite przychody osiągną poziom 20,80 miliardów dolarów amerykańskich, przy złożonej rocznej stopie wzrostu na poziomie 66,6% i udziale w rynku na poziomie 90,9%.
Układ laserowy EML
Chipy laserowe EML obejmują głównie 50G/100G/200G i inne specyfikacje w zależności od szybkości transmisji danych od niskiej do wysokiej, a rdzeń dostosowuje się do optycznych produktów wzajemnych od 100G do 1,6T. Obecnie chipy laserowe 100G EML są produktami głównego nurtu i są szeroko stosowane w popularnych-optycznych produktach do wzajemnych połączeń optycznych, takich jak moduły optyczne 400G i 800G. W miarę sukcesywnego wprowadzania do użytku optycznych interkonektów o szybkości 1,6 T i{12}wyższej, chipy laserowe EML 200 G jako odpowiedni wybór chipów laserowych zapoczątkowują szybki rozwój.
Układ laserowy CW
Rozwój chipów laserowych CW opiera się głównie na zastosowaniu technologii fotoniki krzemowej. W krzemowych rozwiązaniach fotonicznych chipy laserowe CW służą jako zewnętrzne/heterogeniczne zintegrowane źródła światła i są stosowane w połączeniu z krzemowymi modulatorami fotonicznymi w celu realizacji funkcji konwersji i modulacji sygnału fotonicznego krzemowych produktów wzajemnych połączeń fotonicznych. Spośród-szybkich optycznych produktów wzajemnych szeroko stosowane są krzemowe rozwiązania fotoniczne i chipy laserowe CW ze względu na ich doskonałą-opłacalność.
W obecnych głównych produktach krzemowo-fotonicznych-o dużej szybkości wzajemnych połączeń optycznych o przepustowościach 400 G, 800 G, a nawet 1,6 T, główne stosowane chipy laserowe CW to 50 mW, 70 mW, 100 mW i inne modele mocy. Ponadto, napędzane nowymi technologiami, takimi jak NPO i CPO,-chipy laserowe CW o dużej mocy, w tym modele 150 mW, 300 mW i 400 mW, są stopniowo włączane do komercyjnego rozwoju optycznych produktów wzajemnych-nowej generacji. Oczekuje się, że w latach 2025–2030 popyt na chipy laserowe CW o mocy powyżej 100 mW gwałtownie wzrośnie. Oczekuje się, że do 2030 roku wielkość rynku chipów laserowych CW o mocy powyżej 100 mW osiągnie 6,6 miliarda dolarów, co będzie stanowić 65,3% rynku.
Czynniki napędzające rozwój branży chipów laserowych i przyszłe trendy rozwojowe
. Popyt stale rośnie i utrzymuje szybki wzrost. Rozwój klastrów szkoleniowych AI spowodował gwałtowny wzrost zapotrzebowania na moc obliczeniową i-szybką transmisję danych, co doprowadziło do wykładniczego wzrostu popytu na produkty z zakresu szybkich-optycznych połączeń optycznych typu downstream. Jako główny składnik optycznych produktów wzajemnych, zapotrzebowanie rynku na chipy laserowe szybko rośnie.
. Układ laserowy EML i układ laserowy CW z napędem na dwa-koła. Z jednej strony chipy laserowe EML stały się ważnym rozwiązaniem umożliwiającym osiągnięcie szybkości pojedynczej-długości fali 100G/200G ze względu na ich dużą przepustowość, niską dyspersję i zalety transmisji na duże-odległości i są szeroko stosowane w szybkich modułach optycznych 400G, 800G, a nawet 1,6T-. Z drugiej strony, w obliczu wyłaniającej się ścieżki technologii fotoniki krzemowej, chipy laserowe CW w połączeniu z krzemowymi modulatorami fotonicznymi stopniowo stają się kluczowym urządzeniem podstawowym obsługującym następną generację optycznych produktów wzajemnych i ultra-wysokich-sieci centrów danych ze względu na ich wysoką integrację, niski-potencjał kosztowy i doskonałe możliwości dostosowania do najnowocześniejszych-architektur, takich jak CPO.
. Produkty ewoluują w kierunku wyższej wydajności, a wartość produktów jednostkowych stale rośnie. W miarę ewoluowania optycznych produktów wzajemnych w kierunku wyższych prędkości oraz badania i stosowania nowych technologii integracyjnych, stawiane są wyższe wymagania wydajności chipów laserowych. Biorąc za przykład rozwiązania EML, wysokie szybkości transmisji zwykle wymagają dużej wydajności i dużej liczby chipów laserowych na jednostkę produktu połączenia optycznego, co zwiększa wartość chipów laserowych na jednostkę produktu połączenia optycznego.
W przypadku rozwiązania opartego na świetle krzemowym, chociaż technologia światła krzemowego zmniejsza koszt części modulacyjnej w procesie CMOS, aby napędzać silnik światła krzemowego-o wyższej prędkości i skutecznie kompensować złożone-straty w ścieżce optycznej na chipie, moduł optyczny musi być wyposażony w monochromatyczny układ laserowy CW o wyższej-mocy i-monochromatycznym chipie CW jako zewnętrzne źródło światła. Ponadto w miarę ewoluowania branży w kierunku technologii integracyjnych nowej-generacji, takich jak NPO i CPO, popyt na chipy laserowe ulegnie zasadniczym zmianom i oczekuje się, że wartość chipów laserowych w całkowitym koszcie sprzętu będzie dalej rosła.
. Dywersyfikacja łańcucha dostaw. Ekspansja globalnej infrastruktury obliczeniowej-opartej na sztucznej inteligencji postawiła znaczne wymagania w zakresie skali, stabilności i terminowości łańcucha dostaw, tworząc strategiczne możliwości dla-producentów wysokiej jakości chipów laserowych. Co najważniejsze, producenci posiadający zaawansowane możliwości techniczne (w tym wzrost epitaksjalny,-precyzyjne trawienie siatkowe) oraz przewagę w zakresie wydajności operacyjnej i możliwości szybkiego reagowania mogą lepiej spełniać rygorystyczne wymagania, przyłączać się do międzynarodowego podstawowego łańcucha dostaw, budować zróżnicowaną globalną sieć łańcucha dostaw i zdobywać znaczny udział w rynku międzynarodowym. Szczególnie godne uwagi jest to, że coraz więcej producentów chipów laserowych wdraża strategie globalizacji, lokując swoje bazy produkcyjne w pobliżu dalszych producentów łączników optycznych lub klientów końcowych, budując w ten sposób bardziej odporną i zróżnicowaną globalną sieć dostaw.
Struktura kosztów chipów laserowych
W strukturze kosztów chipów laserowych dominują koszty produkcji, bezpośrednie koszty pracy i koszty materiałów. Koszty materiałów obejmują głównie substraty, cele ze złota, gazy specjalne i chemikalia itp., w zależności od różnych produktów, i zwykle stanowią od 10% do 20% całkowitego kosztu. Obecnie materiałami podłoża chipów laserowych są głównie InP i GaAs. Wśród nich ceny InP nadal rosły w ciągu ostatnich kilku lat ze względu na rosnące ceny materiałów i inne skutki. Ze względu na stosunkowo prosty proces produkcji GaAs, cena stopniowo spada wraz z optymalizacją procesu i iteracją technologii.
Bariery konkurencji dotyczące chipów laserowych
.Wiedza-produkcji. Produkcja chipów laserowych w dużym stopniu zależy od zaawansowanych procesów podstawowych, takich jak wzrost epitaksjalny,-precyzyjne trawienie siatkowe i złożony projekt-szybkiej modulacji. W związku z niedoborem odlewni dysponujących pełnymi-możliwościami produkcji procesowej, większość dostawców chipów laserowych powinna działać w modelu IDM, który stawia niezwykle wysokie wymagania w stosunku do absolutnej kontroli dostawców nad całym procesem produkcyjnym i możliwości gromadzenia głębokiego know-how branżowego-. Ponadto szybkie wprowadzanie kolejnych produktów optycznych połączeń wzajemnych napędza ciągłe innowacje technologiczne na poziomie chipów. Dlatego producenci muszą dysponować zastrzeżoną technologią, aby szybko promować prace badawczo-rozwojowe do produkcji masowej, stale optymalizować parametry procesu oraz utrzymywać stabilną i wysoką wydajność, aby zapewnić niezawodność produktu.
.Zaufanie i współpraca klientów. Rynek wzajemnych połączeń optycznych charakteryzuje się niezwykle rygorystycznym i długotrwałym procesem certyfikacji. Wysokie koszty zmiany spowodowane przez wiodące rozwiązania w zakresie wzajemnych połączeń optycznych i dostawców usług w chmurze tworzą bariery nie do pokonania dla nowych uczestników rynku. Jednakże w przypadku dostawców, którym uda się wejść na rynek, cechy te sprzyjają relacjom, które są bardzo trwałe i rzadko się zmieniają. Nawiązując-terminowe, oparte na zaufaniu partnerstwa z liderami branży, producenci chipów laserowych mogą głęboko zintegrować się z globalnym łańcuchem dostaw i uzyskać krytyczne informacje na wczesnym etapie w miarę ciągłej ewolucji sztucznej inteligencji i architektur centrów danych.
. Możliwości badawczo-rozwojowe. Technologia branży połączeń optycznych szybko się rozwija, co wymaga od producentów chipów laserowych wyższego szczebla posiadania-wybiegającego w przyszłość układu oraz systematycznych możliwości badawczo-rozwojowych. Wiodące firmy zazwyczaj planują z wyprzedzeniem badania i rozwój podstawowych technologii, aby w dalszym ciągu zaspokajać potrzeby modernizacji produktów na późniejszym etapie. Producenci chipów laserowych posiadający tak systematyczne i przyszłościowe- możliwości badawczo-rozwojowe mogą nie tylko utrzymać wiodące tempo iteracji technologii, ale także tworzyć bariery techniczne trudne do odtworzenia w branży i nadal przewodzić w zakresie wydajności i niezawodności produktów.
. Możliwości zarządzania łańcuchem dostaw. Dynamiczny charakter rynku optycznych połączeń wzajemnych stawia niezwykle wysokie wymagania w zakresie zarządzania łańcuchem dostaw i elastyczności operacyjnej. Producenci muszą mieć możliwość elastycznego rozszerzania produkcji, optymalizacji alokacji zasobów i dotrzymywania rygorystycznych cyklów dostaw klientów. Dojrzały i solidny system łańcucha dostaw ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania ryzyka związanego z szybką iteracją rynku i gwałtownymi wahaniami zamówień. Budując solidną sieć dostaw i utrzymując stabilność mocy produkcyjnych, producenci chipów laserowych mogą osiągnąć korzyści skali, spełnić rygorystyczne wymagania dotyczące dostaw i utrzymać trwałą przewagę kosztową na niezwykle konkurencyjnym rynku globalnym.
Więcej badań i analiz branżowych można znaleźć na oficjalnej stronie internetowej Sihan Industrial Research Institute. Jednocześnie Sihan Industrial Research Institute dostarcza również raporty z badań branżowych, raporty ze studiów wykonalności (zatwierdzanie i składanie projektów, pożyczki bankowe, decyzje inwestycyjne, spotkania grupowe), planowanie przemysłowe, planowanie parków, biznesplany (finansowanie kapitałowe, inwestycje i wspólne przedsięwzięcia,-podejmowanie decyzji wewnętrznych), badania specjalne, projekty architektoniczne, raporty dotyczące inwestycji zagranicznych i inne powiązane rozwiązania w zakresie usług doradczych.
