Laser chip definition
Optiska chips är kärnkomponenterna som realiserar den ömsesidiga omvandlingen av fotoelektriska energibärare. De används ofta i optiska sammankopplingsprodukter och är huvudsakligen uppdelade i laserchips och fotodetektorchips. Bland dem är laserchippet en aktiv halvledarkomponent som omvandlar elektrisk energi till hög-, hög-monokromatiska ljusstrålar baserat på principen om stimulerad strålning.
I den sändande änden av optiska kommunikationssystem är laserchips den viktigaste ljuskällan som bär information. De är oersättliga och intar en central position inom området för optiska chips. Enligt moduleringsmetoden kan laserchips delas in i direktmodulering, integrerad modulering och extern modulering. Ur materialsystemsperspektiv är laserchips huvudsakligen uppdelade i indiumfosfid (InP) och galliumarsenid (GaAs). Dessutom, enligt den ljus-emitterande strukturen, kan den delas in i yt-emitterande och kant-emitterande strukturer.
Industriell kedjedistribution av laserchips på den optiska sammankopplingsmarknaden
Laserchips ligger uppströms i industrikedjan för optisk sammankoppling och är en viktig länk i hela industrikedjan med höga tekniska barriärer och komplexa processflöden. Som "hjärtat" i det optiska kommunikationssystemet bestämmer laserchippets prestanda direkt överföringshastigheten och energieffektiviteten för nedströms optiska enheter, optiska moduler och till och med hela det optiska kommunikationssystemet.
Som bärare av optiska kommunikationssystem har optiska sammankopplingsprodukter uppenbara skillnader i sin hårdvarukostnadsstruktur (BOM) beroende på teknikvägen. Om man tar optiska optiska moduler av icke-kisel som exempel, omfattar dess kostnadsstruktur för hårdvara huvudsakligen fyra huvudsegment: optiska chips, elektriska chips, passiva optiska enheter, PCB och mekaniska komponenter. För kiselfotoniska sammankopplingsprodukter har BOM-strukturen strukturellt rekonstruerats. Den ursprungliga diskreta modulatorn och ett stort antal passiva optiska enheter är integrerade i ett kiselfotonchip (PIC), medan PCB och mekaniska komponenter är mycket förenklade.
För närvarande fokuserar BOM på de två kärnorna av "kiselfotonchips" och "lasrar". Oavsett om du använder den tidigt-utvecklade EML-lösningen eller den framväxande optiska kiselvägen, intar laserchips en viktig position i värdekedjan eftersom de direkt påverkar fotoelektrisk signalomvandling och signalöverföringskvalitet.
Huvudsakliga laserchips produkttyper
Som kärnan för fotoelektrisk konvertering är laserchips huvudsakligen indelade i fem kategorier baserat på skillnader i materialsystem, fysiska strukturer och moduleringsmetoder, inklusive DFB, EML, CW, VCSEL och FP, var och en med specifika tekniska fördelar och tillämpningsscenarier.
Laser chip marknadsutveckling bakgrund
Den betydande tillväxten inom laserchipindustrin beror främst på gynnsamma faktorer som den explosiva tillväxten av den optiska sammankopplingsmarknaden, den snabba tillämpningen av framväxande teknologier som kiselfotonik i optiska sammankopplingar och den växande efterfrågan på högpresterande optiska sammankopplingsprodukter från slutkunder. Som en oumbärlig kärnkomponent i optiska sammankopplingslösningar drar laserchips direkt nytta av dessa trender och påskyndar därmed deras egen utveckling.
År 2024 kommer den globala laserchipmarknaden att nå 2,6 miljarder USD och förväntas växa till 22,9 miljarder USD 2030, med en sammansatt årlig tillväxttakt på 44,1 %. Det finns objektiva begränsningar i utvecklingen av laserchipsindustrin, inklusive långa produktionskapacitetsexpansionscykler, höga tekniska barriärer och koncentrerad hög-produktionskapacitet, begränsad kärnmaterial och utrustning på kort och medellång sikt, och ett obalanserat leveranskedjemönster. Den kan inte fullt ut tillgodose de snabbt växande behoven på marknaden i efterföljande led. Den totala marknaden är en bristvara. Detta är särskilt uppenbart i EML-laserchips och CW-laserchips som används för{10}}höghastighets optiska sammankopplingar.
Huvudapplikationsscenarier för laserchips
Laserchips används huvudsakligen i optiska sammankopplingsprodukter, och terminalapplikationsscenarierna är mycket lika applikationsscenarierna för de optiska sammankopplingslösningar som de stöder. Enligt olika terminalapplikationsscenarier kan laserchipmarknaden delas in i datacenterlaserchipmarknaden och telekommunikationslaserchipmarknaden. Bland dem har marknaden för laserchips för datacenter en absolut marknadsposition. Marknadens storlek kommer att nå 1,6 miljarder USD 2024 och förväntas växa till 21,1 miljarder USD 2030, med en sammansatt årlig tillväxttakt på 53,4 %.
Marknaderna för datacenterlaserchip och telekommunikationslaserchips uppvisar ett differentierat tekniklandskap. Marknaden för laserchips för datacenter kännetecknas av ett tvåhjulsdrivet tekniklandskap av EML- och CW-laserchips: EML-laserchips, som en tidig utvecklingslösning, används i stor utsträckning i 400G och högre optiska sammankopplingsprodukter. Under de senaste åren har kiselfotoniska lösningar med fördelarna med hög integration och låg kostnad blivit en utvecklingsriktning med hög-hastighet som kräver hög-CW-laserchips.
Inom telekommunikation fortsätter kantutsändande-laserchips att dominera, till stor del på grund av deras förmåga att uppfylla stränga prestandakrav. Specifikt används DFB-laserchips i stor utsträckning i scenarier på korta- och medellånga-avstånd som 5G-fronthaul och åtkomst av optisk fiber. Tvärtom, EML-laserchips övervinner spridningsbegränsningar genom deras låga chirp och höga utsläckningsförhållande, och upptar därmed en dominerande ställning i långa-noder med hög-hastighet som stamnät och höghastighetsfiberaccess.
EML-laserchips och CW-laserchips dominerar marknadsandelen och deras betydelse fortsätter att öka
År 2024 kommer den totala marknadsstorleken för EML-laserchips och CW-laserchips att nå 970 miljoner USD, vilket motsvarar cirka 38,1 % av marknaden. I framtiden förväntas intäkterna för dessa produkter hålla en hög tillväxttakt och marknadsandelen kommer att fortsätta att öka. År 2030 förväntas de totala intäkterna uppgå till 20,80 miljarder US-dollar, med en sammansatt årlig tillväxt på 66,6 % och en marknadsandel på 90,9 %.
EML laserchip
EML-laserchips inkluderar huvudsakligen 50G/100G/200G och andra specifikationer enligt datahastighet från låg till hög, och kärnan anpassar sig till optiska sammankopplingsprodukter från 100G till 1,6T. För närvarande är 100G EML-laserchips vanliga produkter och används i stor utsträckning i vanliga höghastighets optiska sammankopplingsprodukter som 400G och 800G optiska moduler. Eftersom 1,6T och högre-optiska sammankopplingsprodukter successivt tas i bruk kommer 200G EML-laserchips, som det matchande laserchipsvalet, att inleda snabb tillväxt.
CW laserchip
Utvecklingen av CW-laserchips gynnas främst av tillämpningen av kiselfotonikteknik. I kiselfotoniska lösningar fungerar CW-laserchips som externa/heterogena integrerade ljuskällor och används tillsammans med fotoniska modulatorer av kisel för att realisera de fotoelektriska signalomvandlings- och moduleringsfunktionerna hos kiselfotoniska sammankopplingsprodukter. Bland hög-optiska sammankopplingsprodukter används kiselfotoniklösningar och CW-laserchips i stor utsträckning på grund av deras utmärkta kostnadseffektivitetsfördelar.
I de nuvarande fotoniska höghastighetsprodukterna för foton av kisel på 400G, 800G och till och med 1,6T inkluderar de huvudsakliga CW-laserchipsen 50mW, 70mW, 100mW och andra effektmodeller. Dessutom, drivna av framväxande teknologier som NPO och CPO, inkluderas hög-CW-laserchips inklusive 150mW, 300mW och 400mW-modeller gradvis i den kommersiella utvecklingen av nästa-generations optiska sammankopplingsprodukter. Från 2025 till 2030 förväntas efterfrågan på CW-laserchips med effekt över 100mW uppleva en explosiv tillväxt. År 2030 förväntas marknadsstorleken för CW-laserchips med effekt över 100mW uppgå till 6,6 miljarder USD, vilket motsvarar 65,3 % av marknaden.
Drivfaktorer för utveckling av laserchipsindustrin och framtida utvecklingstrender
. Efterfrågan fortsätter att öka och upprätthåller en snabb tillväxt. Utvecklingen av AI-träningskluster har drivit på en ökning av efterfrågan på datorkraft och hög-dataöverföring, vilket drivit på en exponentiell ökning av efterfrågan på nedströms-optiska sammankopplingsprodukter med hög hastighet. Som kärnkomponenten i optiska sammankopplingsprodukter ökar marknadens efterfrågan på laserchips snabbt.
. EML-laserchip och CW-laserchip med två-hjulsdrift. Å ena sidan har EML-laserchips blivit en viktig lösning för att uppnå en-våglängdshastighet på 100G/200G på grund av deras höga bandbredd, låga spridning och långdistansöverföringsfördelar, och används ofta i 400G, 800G och till och med 1,6T höghastighets{10}optiska moduler. Å andra sidan, inför den framväxande kiselfotonikteknologin, blir CW-laserchips parade med kiselfotonikmodulatorer gradvis en viktig kärnenhet som stödjer nästa generations optiska sammankopplingsprodukter och ultra-höga-nätverk för datacenter på grund av deras höga integration, låga{14}potential, och anpassningsbar{14} arkitekturer som CPO.
. Produkterna utvecklas mot högre prestanda och värdet på enhetsprodukter fortsätter att öka. Eftersom optiska sammankopplingsprodukter fortsätter att utvecklas mot högre hastigheter, och nya integrationstekniker utforskas och tillämpas, ställs högre krav på prestanda hos laserchips. Med EML-lösningar som exempel kräver höga överföringshastigheter vanligtvis hög prestanda och mängd laserchips per enhet optisk sammankopplingsprodukt, vilket driver upp värdet på laserchips per enhet optisk sammankopplingsprodukt.
I kiselljuslösningen, även om kiselljusteknik minskar kostnaden för moduleringsdelen genom CMOS-processen, måste den optiska modulen utrustas med en högre-effekt, högre-ljuskälla för en extern laserkrets för att driva en högre-hastighets kiselljusmotor och effektivt kompensera för komplexa-chips optiska vägförluster. När branschen utvecklas till nästa generations integrationstekniker som NPO och CPO kommer efterfrågan på laserchips att genomgå grundläggande förändringar och värdet av laserchips i den totala hårdvarukostnaden förväntas öka ytterligare.
. Diversifiering av försörjningskedjan. Expansionen av AI-driven global datorinfrastruktur har ställt betydande krav på leverantörskedjans skala, stabilitet och aktualitet, vilket skapar strategiska möjligheter för tillverkare av hög-laserchips. Av avgörande betydelse är att tillverkare med avancerad teknisk kapacitet (inklusive epitaxiell tillväxt, hög-precisionsgitteretsning) och fördelar i operativ effektivitet och snabba svarskapacitet bättre kan möta stränga krav, ansluta sig till den internationella kärnförsörjningskedjan, bygga ett mångsidigt globalt nätverk av försörjningskedjan och ta avsevärda internationella marknadsandelar. Det är särskilt anmärkningsvärt att fler och fler laserchiptillverkare implementerar globaliseringsstrategier genom att placera sina produktionsbaser nära nedströms tillverkare av optiska sammankopplingar eller slutkunder, och därigenom bygger ett mer motståndskraftigt och diversifierat globalt nätverk av försörjningskedjan.
Kostnadsstruktur för laserchip
Kostnadsstrukturen för laserchips domineras av tillverkningskostnader, direkta arbetskostnader och materialkostnader. Materialkostnader inkluderar främst substrat, guldmål, specialgaser och kemikalier etc. beroende på olika produkter och står vanligtvis för 10 % till 20 % av den totala kostnaden. För närvarande är substratmaterialen för laserchips huvudsakligen InP och GaAs. Bland dem har InP-priserna fortsatt att stiga de senaste åren på grund av stigande materialpriser och andra effekter. På grund av den relativt enkla produktionsprocessen av GaAs har priset gradvis sjunkit med processoptimering och teknikiteration.
Laser chip konkurrens barriärer
.Produktionskunskap-hur. Laserchipproduktion är starkt beroende av avancerade kärnprocesser, såsom epitaxiell tillväxt, hög-precisionsgitteretsning och komplex design av hög-hastighetsmodulering. Med tanke på bristen på gjuterier med full-processproduktionskapacitet bör de flesta laserchipsleverantörer arbeta i IDM-modellen, som ställer extremt höga krav på leverantörernas absoluta kontroll över hela produktionsprocessen och förmågan att samla djup industrikunskap-. Dessutom har den snabba iterationen av nedströms optiska sammankopplingsprodukter drivit på kontinuerlig teknisk innovation på chipnivå. Därför måste tillverkare ha den egenutvecklade teknologin för att snabbt främja FoU till massproduktion, kontinuerligt optimera processparametrar och upprätthålla stabila och höga avkastningar för att säkerställa produktens tillförlitlighet.
.Kundens förtroende och samarbete. Marknaden för optiska sammankopplingar kännetecknas av en extremt strikt och långvarig certifieringsprocess. De höga byteskostnaderna som orsakas av ledande optiska sammankopplingslösningar och molntjänstleverantörer sätter upp oöverstigliga barriärer för nya aktörer. Men för leverantörer som framgångsrikt går in, främjar dessa egenskaper relationer som är mycket robusta och sällan förändras. Genom att etablera långsiktiga-pålitliga partnerskap med branschledare kan tillverkare av laserchips djupt integreras i den globala leveranskedjan och få kritiska tidiga insikter när AI- och datacenterarkitekturer fortsätter att utvecklas.
. Forsknings- och utvecklingsförmåga. Tekniken inom den optiska sammankopplingsindustrin upprepar sig snabbt, vilket kräver att tillverkare av uppströms laserchips har framåtblickande-layout och systematiska forsknings- och utvecklingsmöjligheter. Ledande företag planerar vanligtvis framåt i forskning och utveckling av kärnteknologier för att fortsätta att möta behoven av produktuppgraderingar i efterföljande led. Tillverkare av laserchips med sådana systematiska och framåtblickande FoU-kapaciteter-kan inte bara upprätthålla den ledande takten i teknikupprepningar, utan också utgöra tekniska barriärer som är svåra att replikera i branschen och fortsätter att vara ledande när det gäller produktprestanda och tillförlitlighet.
. Förmåga att hantera försörjningskedjor. Den dynamiska karaktären hos den optiska sammankopplingsmarknaden ställer extremt höga krav på supply chain management och operativ smidighet. Tillverkare måste ha förmågan att flexibelt utöka produktionen, optimera resursallokeringen och möta kundernas strikta leveranscykler. Ett moget och robust försörjningskedjesystem är avgörande för att lösa risker som är förknippade med snabb iteration av marknaden och våldsamma orderfluktuationer. Genom att bygga ett solidt leveransnätverk och upprätthålla stabilitet i produktionskapaciteten kan tillverkare av laserchip uppnå stordriftsfördelar, uppfylla stränga leveranskrav och upprätthålla hållbara kostnadsfördelar på en hårt konkurrensutsatt global marknad.
För mer industriforskning och analys, se den officiella webbplatsen för Sihan Industrial Research Institute. Samtidigt tillhandahåller Sihan Industrial Research Institute också industriforskningsrapporter, förstudierapporter (projektgodkännande och ansökan, banklån, investeringsbeslut, gruppmöten), industriplanering, parkplanering, affärsplaner (equity finansiering, investeringar och joint ventures, internt beslutsfattande), specialundersökningar, arkitektonisk design, utländska investeringstjänster och andra relaterade konsulttjänster.
