Definirea cipului laser
Cipurile optice sunt componentele de bază care realizează conversia reciprocă a purtătorilor de energie fotoelectrică. Sunt utilizate pe scară largă în produsele de interconectare optică și sunt împărțite în principal în cipuri laser și cipuri fotodetectoare. Printre acestea, cipul laser este o componentă semiconductoare activă care transformă energia electrică în fascicule de lumină monocromatice de-putere mare,-înalte, bazate pe principiul radiației stimulate.
La capătul transmisor al sistemelor de comunicații optice, cipurile laser sunt sursa cheie de lumină care transportă informații. Sunt de neînlocuit și ocupă o poziție centrală în domeniul cipurilor optice. Conform metodei de modulare, cipurile laser pot fi împărțite în modulare directă, modulare integrată și modulare externă. Din perspectiva sistemelor de materiale, cipurile laser sunt împărțite în principal în fosfură de indiu (InP) și arseniură de galiu (GaAs). În plus, conform structurii-emițătoare de lumină, aceasta poate fi împărțită în structuri-emițătoare de suprafață și structuri-emițătoare de margini.
Distribuție industrială în lanț de cipuri laser pe piața de interconectare optică
Cipurile laser se află în amonte de lanțul industriei de interconectare optică și reprezintă o verigă importantă în întregul lanț al industriei, cu bariere tehnice ridicate și fluxuri de proces complexe. Fiind „inima” sistemului de comunicații optice, performanța cipului laser determină în mod direct rata de transmisie și eficiența energetică a dispozitivelor optice din aval, modulelor optice și chiar a întregului sistem de comunicații optice.
În calitate de purtător principal al sistemelor de comunicații optice, produsele de interconectare optică au diferențe evidente în structura costurilor hardware (BOM) în funcție de calea tehnologiei. Luând ca exemplu modulele optice non--siliciului, structura costurilor hardware include în principal patru segmente majore: cipuri optice, cipuri electrice, dispozitive optice pasive, PCB și componente mecanice. Pentru produsele de interconectare fotonică din siliciu, structura BOM a fost reconstruită structural. Modulatorul discret original și un număr mare de dispozitive optice pasive sunt integrate într-un cip fotonic de siliciu (PIC), în timp ce PCB-ul și componentele mecanice sunt mult simplificate.
În acest moment, BOM se concentrează pe cele două nuclee de „cipuri fotonice de siliciu” și „lasere”. Fie că utilizează soluția EML-dezvoltată timpurie sau calea optică de siliciu emergentă, cipurile laser ocupă o poziție importantă în lanțul valoric, deoarece afectează direct conversia semnalului fotoelectric și calitatea transmisiei semnalului.
Principalele tipuri de produse cu cip laser
Ca dispozitiv de bază al conversiei fotoelectrice, cipurile laser sunt împărțite în principal în cinci categorii pe baza diferențelor dintre sistemele materiale, structurile fizice și metodele de modulare, inclusiv DFB, EML, CW, VCSEL și FP, fiecare cu avantaje tehnice specifice și scenarii de aplicare.
Fundal de dezvoltare a pieței de cipuri laser
Creșterea semnificativă a industriei cipurilor cu laser se datorează în principal unor factori favorabili, cum ar fi creșterea explozivă a pieței de interconexiune optică, aplicarea rapidă a tehnologiilor emergente, cum ar fi fotonica cu siliciu în interconexiunile optice, și cererea tot mai mare de produse de interconectare optică de-înaltă performanță din partea clienților finali. Fiind o componentă de bază indispensabilă a soluțiilor de interconectare optică, cipurile laser beneficiază direct de aceste tendințe, accelerând astfel propria lor dezvoltare.
În 2024, piața globală a cipurilor laser va ajunge la 2,6 miliarde USD și este de așteptat să crească la 22,9 miliarde USD în 2030, cu o rată de creștere anuală compusă de 44,1%. Există limitări obiective în dezvoltarea industriei cipurilor cu laser, inclusiv cicluri lungi de extindere a capacității de producție, bariere tehnice ridicate și capacitate de producție de vârf concentrată-, materiale și echipamente de bază limitate pe termen scurt și mediu și un model dezechilibrat al lanțului de aprovizionare. Nu poate satisface pe deplin nevoile în creștere rapidă ale pieței din aval. Piața generală este insuficientă. Acest lucru este evident mai ales în cipurile laser EML și cipurile laser CW utilizate pentru interconexiunile optice de{10}}înaltă viteză.
Principalele scenarii de aplicare ale cipurilor laser
Cipurile laser sunt utilizate în principal în produsele de interconectare optică, iar scenariile de aplicare a terminalelor sunt foarte asemănătoare cu scenariile de aplicare ale soluțiilor de interconectare optică pe care le suportă. Conform diferitelor scenarii de aplicare a terminalelor, piața cipurilor laser poate fi împărțită în piața cipurilor laser pentru centre de date și piața cipurilor laser pentru telecomunicații. Printre acestea, piața cipurilor laser pentru centrele de date ocupă o poziție absolută pe piață. Dimensiunea pieței va ajunge la 1,6 miliarde USD în 2024 și este de așteptat să crească la 21,1 miliarde USD în 2030, cu o rată de creștere anuală compusă de 53,4%.
Piețele cipurilor laser pentru centrele de date și cipurilor laser pentru telecomunicații prezintă un peisaj tehnologic diferențiat. Piața cipurilor laser pentru centrele de date este caracterizată printr-un peisaj tehnologic cu două-roți cu cipuri laser EML și CW: cipurile laser EML, ca soluție de dezvoltare timpurie, sunt utilizate pe scară largă în produsele de interconectare optică 400G și mai sus. În ultimii ani, soluțiile fotonice de siliciu cu avantajele integrării ridicate și costurilor reduse au devenit o direcție de evoluție cu viteză mare-, necesitând cipuri laser CW de-putere mare.
În telecomunicații, cipurile laser cu emisie de margine-contină să domine, în mare parte datorită capacității lor de a îndeplini cerințe stricte de performanță. Mai exact, cipurile laser DFB sunt utilizate pe scară largă în scenarii de distanță scurtă- și medie-, cum ar fi fronthaul 5G și accesul la fibră optică. Dimpotrivă, cipurile laser EML depășesc limitările de dispersie prin ciripitul lor scăzut și rata de extincție ridicată, ocupând astfel o poziție dominantă în nodurile de mare-distanță, cu viteză mare-, cum ar fi rețelele backbone și accesul la fibre-de mare viteză.
Cipurile laser EML și cipurile laser CW domină cota de piață, iar importanța lor continuă să crească
În 2024, dimensiunea totală a pieței cipurilor laser EML și cipurilor laser CW va ajunge la 970 milioane USD, reprezentând aproximativ 38,1% din piață. În viitor, se așteaptă ca veniturile acestor produse să mențină o rată de creștere ridicată, iar cota de piață va continua să crească. Până în 2030, veniturile totale sunt de așteptat să atingă 20,80 miliarde de dolari SUA, cu o rată de creștere anuală compusă de 66,6% și o cotă de piață de 90,9%.
Cip laser EML
Cipurile laser EML includ în principal 50G/100G/200G și alte specificații în funcție de rata de date de la scăzut la mare, iar nucleul se adaptează la produsele de interconectare optică de la 100G la 1.6T. În prezent, cipurile laser 100G EML sunt produse obișnuite și sunt utilizate pe scară largă în produsele de interconectare optică de mare-viteză, cum ar fi modulele optice 400G și 800G. Pe măsură ce produsele de interconectare optică cu viteză de 1,6 T și{12}}mai mare sunt puse în funcțiune succesiv, cipurile laser EML 200G, ca alegere de cip laser potrivite, vor duce la o creștere rapidă.
Cip laser CW
Dezvoltarea cipurilor laser CW beneficiază în principal de aplicarea tehnologiei fotonicei cu siliciu. În soluțiile fotonice cu siliciu, cipurile laser CW servesc ca surse de lumină integrate externe/eterogene și sunt utilizate împreună cu modulatorii fotonici din siliciu pentru a realiza funcțiile de conversie și modulare a semnalului fotoelectric ale produselor de interconectare fotonice din siliciu. Printre produsele de interconectare optică de-înaltă viteză, soluțiile fotonice cu siliciu și cipurile laser CW sunt utilizate pe scară largă datorită avantajelor excelente de cost-eficiență.
În produsele actuale de interconectare optică cu rată înaltă de-siliciu fotonice de 400G, 800G și chiar 1,6T, principalele cipuri laser CW utilizate includ 50mW, 70mW, 100mW și alte modele de putere. În plus, datorită tehnologiilor emergente precum NPO și CPO, cipurile laser CW de-putere mare, inclusiv modele de 150mW, 300mW și 400mW, sunt incluse treptat în dezvoltarea comercială a produselor de interconectare optică de-generație următoare. Din 2025 până în 2030, cererea de cipuri laser CW cu putere de peste 100 mW este de așteptat să cunoască o creștere explozivă. Până în 2030, dimensiunea pieței cipurilor laser CW cu o putere de peste 100 mW este de așteptat să atingă 6,6 miliarde USD, reprezentând 65,3% din piață.
Factorii determinanți ai dezvoltării industriei cipurilor laser și tendințele viitoare de dezvoltare
. Cererea continuă să crească și să mențină o creștere rapidă. Dezvoltarea clusterelor de instruire AI a determinat o creștere a cererii pentru putere de calcul și transmisie de date de mare-viteză, conducând la creșterea exponențială a cererii pentru produse de interconectare optică de-în aval de mare viteză. Fiind componenta de bază a produselor de interconectare optică, cererea de piață pentru cipuri laser crește rapid.
. Cipul laser EML și cipul laser CW tracțiune pe două-roți. Pe de o parte, cipurile laser EML au devenit o soluție importantă pentru a obține rate de o singură-lungime de undă 100G/200G datorită avantajelor lor de lățime de bandă mare, dispersie redusă și transmisie pe distanțe lungi-și sunt utilizate pe scară largă în modulele optice de mare viteză 400G, 800G și chiar 1,6T{10}}. Pe de altă parte, confruntându-se cu calea emergentă a tehnologiei fotonicei cu siliciu, cipurile laser CW asociate cu modulatorii fotonici din siliciu devin treptat un dispozitiv de bază cheie care sprijină următoarea generație de produse de interconectare optică și rețelele de centre de date de ultra-rapid{13}}viteză foarte mare, datorită integrării lor ridicate, potențialului cu costuri reduse și a potențialului de -cost redus, precum și a unei arhitecturi CPO5} perfecte.
. Produsele evoluează către performanțe mai mari, iar valoarea produselor unitare continuă să crească. Pe măsură ce produsele de interconectare optică continuă să evolueze către viteze mai mari, iar noi tehnologii de integrare sunt explorate și aplicate, sunt impuse cerințe mai mari privind performanța cipurilor laser. Luând ca exemplu soluțiile EML, ratele mari de transmisie necesită de obicei performanță ridicată și cantitate mare de cipuri laser per unitate de produs de interconectare optică, crescând valoarea cipurilor laser pe unitate de produs de interconectare optică.
În soluția de lumină cu siliciu, deși tehnologia luminii cu siliciu reduce costul părții de modulare prin procesul CMOS, pentru a conduce un motor de lumină cu siliciu cu viteză mai mare-și pentru a compensa în mod eficient pierderile complexe pe-chip optice, modulul optic trebuie să fie echipat cu o putere mai mare-, mai mare- cip laser CW monocromatic ca sursă de lumină externă. În plus, pe măsură ce industria evoluează către tehnologii de integrare de-generație următoare, cum ar fi NPO și CPO, cererea de cipuri laser va suferi modificări fundamentale, iar valoarea cipurilor laser în costul total al hardware-ului va crește în continuare.
. Diversificarea lanțului de aprovizionare. Extinderea infrastructurii de calcul globale bazate pe AI-a impus cerințe semnificative asupra amplorii, stabilității și oportunității lanțului de aprovizionare, creând oportunități strategice pentru producătorii de cipuri laser de-înaltă calitate. În mod esențial, producătorii cu capacități tehnice avansate (inclusiv creșterea epitaxială, gravarea de înaltă-precizie a rețelelor) și avantaje în eficiența operațională și capabilități de răspuns rapid pot îndeplini mai bine cerințele stricte, se pot alătura lanțului de aprovizionare principal internațional, pot construi o rețea globală diversificată a lanțului de aprovizionare și pot câștiga o cotă de piață internațională considerabilă. Este de remarcat în special faptul că tot mai mulți producători de cipuri laser implementează strategii de globalizare prin localizarea bazelor lor de producție în apropierea producătorilor de interconexiune optică din aval sau a clienților finali, construind astfel o rețea globală de lanț de aprovizionare mai rezistentă și diversificată.
Structura costului cipului laser
Structura costurilor cipurilor laser este dominată de costurile de producție, costurile directe cu forța de muncă și costurile materialelor. Costurile materialelor includ în principal substraturi, ținte de aur, gaze speciale și substanțe chimice etc., în funcție de diferite produse, și reprezintă de obicei 10% până la 20% din costul total. În prezent, materialele de substrat ale cipurilor laser sunt în principal InP și GaAs. Printre acestea, prețurile InP au continuat să crească în ultimii ani din cauza creșterii prețurilor materialelor și a altor efecte. Datorită procesului de producție relativ simplu al GaAs, prețul a scăzut treptat odată cu optimizarea procesului și iterarea tehnologiei.
Bariere de concurență cu cipuri laser
.Cunoștințele de producție-. Producția de cipuri laser depinde în mare măsură de procesele de bază avansate, cum ar fi creșterea epitaxială, gravarea de înaltă-precizie a rețelelor și designul complex de modulație de-viteză mare. Având în vedere raritatea turnătoriilor cu capacități de producție completă-procesului, majoritatea furnizorilor de cipuri laser ar trebui să opereze în modelul IDM, care impune cerințe extrem de ridicate asupra controlului absolut al furnizorilor asupra întregului proces de producție și asupra capacității de a acumula cunoștințe profunde-de industrie. În plus, iterația rapidă a produselor de interconectare optică din aval a condus inovarea tehnologică continuă la nivel de cip. Prin urmare, producătorii trebuie să aibă tehnologia proprie pentru a promova rapid cercetarea și dezvoltarea la producția de masă, pentru a optimiza continuu parametrii procesului și pentru a menține randamente stabile și ridicate pentru a asigura fiabilitatea produsului.
.Încrederea și cooperarea clienților. Piața de interconectare optică se caracterizează printr-un proces de certificare extrem de strict și îndelungat. Costurile ridicate de comutare cauzate de soluțiile de interconectare optică de top și de furnizorii de servicii cloud creează bariere de netrecut pentru noii intrați. Cu toate acestea, pentru furnizorii care intră cu succes, aceste caracteristici favorizează relații care sunt foarte solide și se schimbă rareori. Prin stabilirea de parteneriate-de încredere pe termen lung cu liderii din industrie, producătorii de cipuri laser se pot integra profund în lanțul global de aprovizionare și pot obține informații critice timpurii, pe măsură ce arhitecturile AI și centrele de date continuă să evolueze.
. Capabilitati de cercetare si dezvoltare. Tehnologia industriei de interconexiune optică se repetă rapid, ceea ce necesită ca producătorii de cipuri laser din amonte să aibă-un aspect de viitor și capabilități sistematice de cercetare și dezvoltare. Companiile de vârf planifică, de obicei, în avans în cercetarea și dezvoltarea tehnologiilor de bază, pentru a continua să satisfacă nevoile actualizărilor produselor din aval. Producătorii de cipuri laser cu astfel de capacități de cercetare și dezvoltare-perspective și sistematice pot nu numai să mențină ritmul de conducere al iterațiilor tehnologice, ci și să formeze bariere tehnice care sunt greu de replicat în industrie și continuă să fie lider în performanța și fiabilitatea produsului.
. Capacitate de management al lanțului de aprovizionare. Natura dinamică a pieței de interconectare optică impune cerințe extrem de mari pentru managementul lanțului de aprovizionare și agilitatea operațională. Producătorii trebuie să aibă capacitatea de a extinde în mod flexibil producția, de a optimiza alocarea resurselor și de a îndeplini ciclurile stricte de livrare ale clienților. Un sistem de lanț de aprovizionare matur și robust este crucial pentru rezolvarea riscurilor asociate cu iterația rapidă a pieței și fluctuațiile violente ale comenzilor. Prin construirea unei rețele de aprovizionare solidă și menținând stabilitatea capacității de producție, producătorii de cipuri laser pot realiza economii de scară, pot îndeplini cerințele stricte de livrare și pot menține avantaje de costuri durabile pe o piață globală extrem de competitivă.
Pentru mai multe cercetări și analize în industrie, vă rugăm să consultați site-ul oficial al Institutului de Cercetare Industrială Sihan. În același timp, Institutul de Cercetare Industrială Sihan oferă, de asemenea, rapoarte de cercetare în industrie, rapoarte de studii de fezabilitate (aprobare și depunere a proiectelor, împrumuturi bancare, decizii de investiții, întâlniri de grup), planificare industrială, planificare a parcurilor, planuri de afaceri (finanțare prin capitaluri proprii, investiții și asociații în participațiune, luare a deciziilor interne), anchete speciale, proiectare arhitecturală, rapoarte de servicii de consultanță în străinătate și alte soluții de consultanță în străinătate.
