Laserchipdefinitie
Optische chips zijn de kerncomponenten die de onderlinge conversie van foto-elektrische energiedragers realiseren. Ze worden veel gebruikt in optische verbindingsproducten en zijn voornamelijk onderverdeeld in laserchips en fotodetectorchips. Eén daarvan is de laserchip, een actieve halfgeleidercomponent die elektrische energie omzet in hoog-krachtige, hoge- monochromatische lichtstralen, gebaseerd op het principe van gestimuleerde straling.
Aan het zendende uiteinde van optische communicatiesystemen zijn laserchips de belangrijkste lichtbron die informatie draagt. Ze zijn onvervangbaar en nemen een centrale positie in op het gebied van optische chips. Volgens de modulatiemethode kunnen laserchips worden onderverdeeld in directe modulatie, geïntegreerde modulatie en externe modulatie. Vanuit het perspectief van materiaalsystemen worden laserchips voornamelijk onderverdeeld in indiumfosfide (InP) en galliumarsenide (GaAs). Bovendien kan het, afhankelijk van de licht-emitterende structuur, worden onderverdeeld in oppervlakte-emitterende en rand-emitterende structuren.
Industriële ketendistributie van laserchips in de optische interconnectiemarkt
Laserchips bevinden zich stroomopwaarts van de optische interconnectie-industrieketen en vormen een belangrijke schakel in de gehele industriële keten met hoge technische barrières en complexe processtromen. Als het "hart" van het optische communicatiesysteem bepalen de prestaties van de laserchip rechtstreeks de transmissiesnelheid en energie-efficiëntie van stroomafwaartse optische apparaten, optische modules en zelfs het gehele optische communicatiesysteem.
Als kerndrager van optische communicatiesystemen hebben optische verbindingsproducten duidelijke verschillen in hun hardwarekostenstructuur (BOM), afhankelijk van het technologiepad. Als we niet-optische optische modules van silicium als voorbeeld nemen, omvat de hardwarekostenstructuur hoofdzakelijk vier grote segmenten: optische chips, elektrische chips, passieve optische apparaten, PCB's en mechanische componenten. Voor silicium fotonische verbindingsproducten is de BOM-structuur structureel gereconstrueerd. De originele discrete modulator en een groot aantal passieve optische apparaten zijn geïntegreerd in een silicium fotonische chip (PIC), terwijl de PCB en mechanische componenten aanzienlijk zijn vereenvoudigd.
Op dit moment concentreert BOM zich op de twee kernen van "silicium fotonische chips" en "lasers". Of het nu gaat om de vroeg-ontwikkelde EML-oplossing of het opkomende optische pad van silicium, laserchips nemen een belangrijke positie in de waardeketen in omdat ze rechtstreeks van invloed zijn op de foto-elektrische signaalconversie en de kwaliteit van de signaaloverdracht.
Belangrijkste laserchipproducttypen
Als kernapparaat voor foto-elektrische conversie worden laserchips hoofdzakelijk onderverdeeld in vijf categorieën op basis van verschillen in materiaalsystemen, fysieke structuren en modulatiemethoden, waaronder DFB, EML, CW, VCSEL en FP, elk met specifieke technische voordelen en toepassingsscenario's.
Achtergrond van de marktontwikkeling van laserchips
De aanzienlijke groei van de laserchipindustrie is voornamelijk te danken aan gunstige factoren zoals de explosieve groei van de markt voor optische interconnectie, de snelle toepassing van opkomende technologieën zoals siliciumfotonica in optische interconnecties en de groeiende vraag naar hoogwaardige optische interconnectieproducten van eindklanten. Als onmisbaar kernonderdeel van optische interconnectieoplossingen profiteren laserchips rechtstreeks van deze trends, waardoor hun eigen ontwikkeling wordt versneld.
In 2024 zal de mondiale markt voor laserchips 2,6 miljard dollar bereiken en in 2030 zal deze naar verwachting groeien tot 22,9 miljard dollar, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 44,1%. Er zijn objectieve beperkingen in de ontwikkeling van de laserchipindustrie, waaronder lange uitbreidingscycli van de productiecapaciteit, hoge technische barrières en geconcentreerde hoogwaardige productiecapaciteit, beperkte kernmaterialen en apparatuur op de korte en middellange termijn, en een onevenwichtig patroon van de toeleveringsketen. Het kan niet volledig voldoen aan de snelgroeiende behoeften van de downstream-markt. Er is een tekort aan aanbod op de totale markt. Dit is vooral duidelijk zichtbaar bij EML-laserchips en CW-laserchips die worden gebruikt voor optische verbindingen met hoge snelheid.
Belangrijkste toepassingsscenario's van laserchips
Laserchips worden voornamelijk gebruikt in optische interconnectieproducten, en de terminaltoepassingsscenario's lijken sterk op de toepassingsscenario's van de optische interconnectieoplossingen die ze ondersteunen. Volgens verschillende terminaltoepassingsscenario's kan de laserchipmarkt worden onderverdeeld in de datacenterlaserchipmarkt en de telecommunicatielaserchipmarkt. Onder hen neemt de markt voor datacenterlaserchips een absolute marktpositie in. De marktomvang zal in 2024 1,6 miljard dollar bereiken en zal naar verwachting groeien tot 21,1 miljard dollar in 2030, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 53,4%.
De markten voor datacenterlaserchips en telecommunicatielaserchips presenteren een gedifferentieerd technologielandschap. De markt voor laserchips voor datacenters wordt gekenmerkt door een technologielandschap met twee- aandrijvingen van EML- en CW-laserchips: EML-laserchips worden als vroege ontwikkelingsoplossing veel gebruikt in optische interconnectieproducten van 400G en hoger. De afgelopen jaren zijn fotonische siliciumoplossingen met de voordelen van hoge integratie en lage kosten een snelle evolutierichting geworden, waarvoor hoog-CW-laserchips nodig zijn.
In de telecommunicatie blijven edge-{0}}emitting laserchips domineren, grotendeels vanwege hun vermogen om aan strenge prestatie-eisen te voldoen. Concreet worden DFB-laserchips veel gebruikt in scenario's op korte- en middellange- afstanden, zoals 5G fronthaul en toegang tot glasvezel. Integendeel, EML-laserchips overwinnen dispersiebeperkingen door hun lage chirp en hoge uitdovingsratio, waardoor ze een dominante positie innemen op knooppunten op lange- hoge- afstanden, zoals backbone-netwerken en hoge- glasvezeltoegang.
EML-laserchips en CW-laserchips domineren het marktaandeel en hun belang blijft toenemen
In 2024 zal de totale marktomvang van EML-laserchips en CW-laserchips 970 miljoen dollar bedragen, goed voor ongeveer 38,1% van de markt. In de toekomst zal de omzet van deze producten naar verwachting een hoog groeipercentage blijven behouden en zal het marktaandeel blijven toenemen. Tegen 2030 zal de totale omzet naar verwachting 20,80 miljard dollar bedragen, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 66,6% en een marktaandeel van 90,9%.
EML-laserchip
EML-laserchips omvatten voornamelijk 50G/100G/200G en andere specificaties op basis van de datasnelheid van laag naar hoog, en de kern past zich aan optische interconnect-producten aan van 100G tot 1,6T. Momenteel zijn 100G EML-laserchips reguliere producten en worden ze veel gebruikt in reguliere, hoge- optische verbindingsproducten zoals 400G en 800G optische modules. Naarmate optische verbindingsproducten met een snelheid van 1,6 T en hogere-snelheid achtereenvolgens in gebruik worden genomen, zullen 200G EML-laserchips, als bijpassende laserchipkeuze, een snelle groei inluiden.
CW-laserchip
De ontwikkeling van CW-laserchips profiteert vooral van de toepassing van siliciumfotonicatechnologie. In fotonische oplossingen van silicium dienen CW-laserchips als externe/heterogene geïntegreerde lichtbronnen en worden ze gebruikt in combinatie met fotonische modulatoren van silicium om de foto-elektrische signaalconversie- en modulatiefuncties van fotonische verbindingsproducten van silicium te realiseren. Onder de hoge-optische verbindingsproducten worden silicium fotonische oplossingen en CW-laserchips veel gebruikt vanwege hun uitstekende kosten-voordelen op het gebied van de kosteneffectiviteit.
In de huidige belangrijkste silicium fotonische optische interconnectieproducten met hoge-snelheid van 400G, 800G en zelfs 1,6T, omvatten de belangrijkste gebruikte CW-laserchips 50 mW, 70 mW, 100 mW en andere vermogensmodellen. Bovendien worden, aangedreven door opkomende technologieën zoals NPO en CPO, CW-laserchips met hoog-vermogen, waaronder modellen van 150 mW, 300 mW en 400 mW, geleidelijk opgenomen in de commerciële ontwikkeling van optische interconnectieproducten van de volgende- generatie. Van 2025 tot 2030 zal de vraag naar CW-laserchips met een vermogen van meer dan 100 mW naar verwachting explosief groeien. Tegen 2030 zal de marktomvang van CW-laserchips met een vermogen van meer dan 100 mW naar verwachting 6,6 miljard dollar bedragen, goed voor 65,3% van de markt.
Drijffactoren voor de ontwikkeling van de laserchip-industrie en toekomstige ontwikkelingstrends
. De vraag blijft toenemen en blijft snel groeien. De ontwikkeling van AI-trainingsclusters heeft geleid tot een sterke stijging van de vraag naar rekenkracht en hoge-gegevensoverdracht, waardoor een exponentiële groei is ontstaan in de vraag naar stroomafwaartse, hoge- optische interconnectieproducten. Als kerncomponent van optische interconnectieproducten stijgt de marktvraag naar laserchips snel.
. EML-laserchip en CW-laserchip met twee-wielaandrijving. Aan de ene kant zijn EML-laserchips een belangrijke oplossing geworden om snelheden van 100G/200G met enkele{3}}golflengte te bereiken vanwege hun hoge bandbreedte, lage spreiding en transmissievoordelen over lange- afstanden, en worden ze veel gebruikt in 400G, 800G en zelfs 1,6T hoge- optische modules. Aan de andere kant worden CW-laserchips, gecombineerd met silicium-fotonische modulators, in het licht van het opkomende technologiepad op het gebied van siliciumfotonica geleidelijk een belangrijk kernapparaat ter ondersteuning van de volgende generatie optische interconnectieproducten en ultra{12}}hoge-datacenternetwerken vanwege hun hoge integratie, lage-kostenpotentieel en perfecte aanpassingsvermogen aan-moderne architecturen zoals CPO.
. Producten evolueren naar hogere prestaties en de waarde van eenheidsproducten blijft stijgen. Naarmate optische verbindingsproducten zich blijven ontwikkelen naar hogere snelheden en nieuwe integratietechnologieën worden onderzocht en toegepast, worden er hogere eisen gesteld aan de prestaties van laserchips. Als we EML-oplossingen als voorbeeld nemen, vereisen hoge transmissiesnelheden doorgaans hoge prestaties en hoeveelheden laserchips per eenheid optisch interconnectieproduct, waardoor de waarde van laserchips per eenheid optisch interconnectieproduct stijgt.
In de siliciumlichtoplossing, hoewel de siliciumlichttechnologie de kosten van het modulatiegedeelte via het CMOS-proces verlaagt, moet de optische module worden uitgerust met een monochromatische CW-laserchip met een hoger-vermogen en een hogere-monochromatische CW-laserchip als externe lichtbron, om een hogere-snelheid van de siliciumlichtmotor aan te sturen en effectief te compenseren voor complexe optische padverliezen op de-chip. Naarmate de industrie evolueert naar integratietechnologieën van de volgende- generatie, zoals NPO en CPO, zal de vraag naar laserchips bovendien fundamentele veranderingen ondergaan en zal de waarde van laserchips in de totale hardwarekosten naar verwachting verder toenemen.
. Diversificatie van de toeleveringsketen. De uitbreiding van de door AI-aangedreven mondiale computerinfrastructuur heeft aanzienlijke eisen gesteld aan de schaal, stabiliteit en tijdigheid van de toeleveringsketen, waardoor strategische kansen zijn gecreëerd voor hoogwaardige-fabrikanten van laserchips. Van cruciaal belang is dat fabrikanten met geavanceerde technische capaciteiten (waaronder epitaxiale groei, hoge-precisie roosteretsen) en voordelen op het gebied van operationele efficiëntie en snelle responsmogelijkheden beter kunnen voldoen aan strenge eisen, zich kunnen aansluiten bij de internationale kerntoeleveringsketen, een divers mondiaal toeleveringsketennetwerk kunnen opbouwen en een aanzienlijk internationaal marktaandeel kunnen verwerven. Het is vooral opmerkelijk dat steeds meer fabrikanten van laserchips mondialiseringsstrategieën implementeren door hun productiebases dichtbij fabrikanten van optische verbindingen of eindklanten te vestigen, waardoor een veerkrachtiger en gediversifieerder mondiaal supply chain-netwerk wordt opgebouwd.
Kostenstructuur laserchip
De kostenstructuur van laserchips wordt gedomineerd door productiekosten, directe arbeidskosten en materiaalkosten. De materiaalkosten omvatten voornamelijk substraten, gouddoelen, speciale gassen en chemicaliën, enz., afhankelijk van de verschillende producten, en vertegenwoordigen gewoonlijk 10% tot 20% van de totale kosten. Momenteel zijn de substraatmaterialen van laserchips voornamelijk InP en GaAs. Onder hen zijn de InP-prijzen de afgelopen jaren blijven stijgen als gevolg van stijgende materiaalprijzen en andere effecten. Vanwege het relatief eenvoudige productieproces van GaAs is de prijs geleidelijk gedaald met procesoptimalisatie en technologische iteratie.
Concurrentiebarrières voor laserchips
.Productiekennis-hoe. De productie van laserchips is in hoge mate afhankelijk van geavanceerde kernprocessen, zoals epitaxiale groei, zeer-precies roosteretsen en een complex ontwerp van hoge- snelheidsmodulatie. Met het oog op de schaarste aan gieterijen met volledige-procesproductiecapaciteiten zouden de meeste leveranciers van laserchips moeten werken volgens het IDM-model, dat extreem hoge eisen stelt aan de absolute controle van leveranciers over het gehele productieproces en aan het vermogen om diepgaande industriële kennis te vergaren-. Bovendien heeft de snelle iteratie van stroomafwaartse optische interconnect-producten voortdurende technologische innovatie op chipniveau gestimuleerd. Daarom moeten fabrikanten over de gepatenteerde technologie beschikken om R&D snel naar massaproductie te brengen, continu procesparameters te optimaliseren en stabiele en hoge opbrengsten te handhaven om de betrouwbaarheid van het product te garanderen.
.Klantvertrouwen en samenwerking. De optische interconnectiemarkt wordt gekenmerkt door een uiterst streng en langdurig certificeringsproces. De hoge overstapkosten veroorzaakt door toonaangevende optische interconnectieoplossingen en cloudserviceproviders werpen onoverkomelijke barrières op voor nieuwkomers. Voor leveranciers die succesvol toetreden, bevorderen deze kenmerken echter relaties die zeer robuust zijn en zelden veranderen. Door betrouwbare partnerschappen voor de lange termijn- aan te gaan met marktleiders kunnen fabrikanten van laserchips diep integreren in de mondiale toeleveringsketen en kritische, vroege inzichten verkrijgen naarmate AI- en datacenterarchitecturen zich blijven ontwikkelen.
. Onderzoeks- en ontwikkelingsmogelijkheden. De technologie van de optische interconnectie-industrie evolueert snel, wat vereist dat upstream-fabrikanten van laserchips over een toekomstgerichte- lay-out en systematische onderzoeks- en ontwikkelingsmogelijkheden beschikken. Toonaangevende bedrijven plannen gewoonlijk vooruit in het onderzoek en de ontwikkeling van kerntechnologieën om te blijven voldoen aan de behoeften van downstream productupgrades. Fabrikanten van laserchips met dergelijke systematische en toekomstgerichte- R&D-capaciteiten kunnen niet alleen het leidende tempo van technologische iteraties handhaven, maar ook technische barrières vormen die moeilijk te repliceren zijn in de industrie, en toonaangevend blijven op het gebied van productprestaties en betrouwbaarheid.
. Mogelijkheden voor supply chain management. Het dynamische karakter van de optische interconnectiemarkt stelt extreem hoge eisen aan supply chain management en operationele flexibiliteit. Fabrikanten moeten de mogelijkheid hebben om de productie flexibel uit te breiden, de toewijzing van middelen te optimaliseren en te voldoen aan de strikte leveringscycli van klanten. Een volwassen en robuust supply chain-systeem is van cruciaal belang voor het oplossen van de risico’s die gepaard gaan met snelle marktiteratie en gewelddadige orderfluctuaties. Door een solide leveringsnetwerk op te bouwen en de stabiliteit van de productiecapaciteit te handhaven, kunnen fabrikanten van laserchips schaalvoordelen realiseren, aan strenge leveringseisen voldoen en duurzame kostenvoordelen behouden in een fel concurrerende wereldmarkt.
Voor meer industrieel onderzoek en analyses kunt u de officiële website van het Sihan Industrial Research Institute raadplegen. Tegelijkertijd levert het Sihan Industrial Research Institute ook onderzoeksrapporten uit de sector, rapporten van haalbaarheidsstudies (goedkeuring en indiening van projecten, bankleningen, investeringsbeslissingen, groepsbijeenkomsten), industriële planning, parkplanning, bedrijfsplannen (aandelenfinanciering, investeringen en joint ventures, interne besluitvorming-), speciale onderzoeken, architectonisch ontwerp, buitenlandse investeringsrapporten en andere gerelateerde adviesdiensten.
