Definició de xip làser
Els xips òptics són els components bàsics que realitzen la conversió mútua de portadors d'energia fotoelèctrica. S'utilitzen àmpliament en productes d'interconnexió òptica i es divideixen principalment en xips làser i xips fotodetectors. Entre ells, el xip làser és un component semiconductor actiu que converteix l'energia elèctrica en feixos de llum monocromàtics d'alta-potència i{3}}alta potència basats en el principi de la radiació estimulada.
A l'extrem de transmissió dels sistemes de comunicació òptica, els xips làser són la font de llum clau que transporta informació. Són insubstituïbles i ocupen una posició central en el camp dels xips òptics. Segons el mètode de modulació, els xips làser es poden dividir en modulació directa, modulació integrada i modulació externa. Des de la perspectiva dels sistemes de materials, els xips làser es divideixen principalment en fosfur d'indi (InP) i arsenur de gal·li (GaAs). A més, segons l'estructura-emissora de llum, es pot dividir en estructures-emissores de superfície i-emissores de vora.
Distribució en cadena industrial de xips làser al mercat d'interconnexió òptica
Els xips làser es troben a la part amunt de la cadena de la indústria d'interconnexió òptica i són un enllaç important de tota la cadena industrial amb barreres tècniques elevades i fluxos de procés complexos. Com a "cor" del sistema de comunicació òptica, el rendiment del xip làser determina directament la velocitat de transmissió i l'eficiència energètica dels dispositius òptics, mòduls òptics i fins i tot de tot el sistema de comunicació òptica.
Com a transportista bàsic dels sistemes de comunicació òptica, els productes d'interconnexió òptica tenen diferències òbvies en la seva estructura de costos de maquinari (BOM) depenent de la ruta de la tecnologia. Prenent com a exemple els mòduls òptics òptics no de silici, la seva estructura de costos de maquinari inclou principalment quatre segments principals: xips òptics, xips elèctrics, dispositius òptics passius, PCB i components mecànics. Per als productes d'interconnexió fotònica de silici, l'estructura BOM s'ha reconstruït estructuralment. El modulador discret original i un gran nombre de dispositius òptics passius estan integrats en un xip fotònic de silici (PIC), mentre que el PCB i els components mecànics es simplifiquen molt.
En aquest moment, BOM se centra en els dos nuclis de "xips fotònics de silici" i "làsers". Tant si s'utilitza la solució EML-desenvolupada inicialment com el camí òptic de silici emergent, els xips làser ocupen una posició important a la cadena de valor perquè afecten directament la conversió del senyal fotoelèctric i la qualitat de la transmissió del senyal.
Principals tipus de productes de xip làser
Com a dispositiu bàsic de conversió fotoelèctrica, els xips làser es divideixen principalment en cinc categories basades en diferències en els sistemes de materials, estructures físiques i mètodes de modulació, inclosos DFB, EML, CW, VCSEL i FP, cadascun amb avantatges tècnics específics i escenaris d'aplicació.
Fons de desenvolupament del mercat de xips làser
El creixement significatiu de la indústria dels xips làser es deu principalment a factors favorables com el creixement explosiu del mercat d'interconnexió òptica, la ràpida aplicació de tecnologies emergents com la fotònica de silici a les interconnexions òptiques i la demanda creixent de productes d'interconnexió òptica d'alt rendiment per part dels clients finals. Com a component bàsic indispensable de les solucions d'interconnexió òptica, els xips làser es beneficien directament d'aquestes tendències, accelerant així el seu propi desenvolupament.
El 2024, el mercat mundial de xips làser arribarà als 2.600 milions de dòlars i s'espera que creixi fins als 22.900 milions el 2030, amb una taxa de creixement anual composta del 44,1%. Hi ha limitacions objectives en el desenvolupament de la indústria dels xips làser, com ara cicles d'expansió de la capacitat de producció llargs, barreres tècniques elevades i capacitat de producció d'alta-concentració, materials i equips bàsics limitats a curt i mitjà termini i un patró de cadena de subministrament desequilibrat. No pot satisfer completament les necessitats de ràpid creixement del mercat avall. El mercat global és escàs. Això és especialment evident en els xips làser EML i els xips làser CW utilitzats per a interconnexions òptiques d'alta velocitat{10}.
Principals escenaris d'aplicació dels xips làser
Els xips làser s'utilitzen principalment en productes d'interconnexió òptica i els escenaris d'aplicació del terminal són molt similars als escenaris d'aplicació de les solucions d'interconnexió òptica que admeten. Segons diferents escenaris d'aplicació del terminal, el mercat de xips làser es pot dividir en el mercat de xips làser del centre de dades i el mercat de xips làser de telecomunicacions. Entre ells, el mercat de xips làser del centre de dades ocupa una posició absoluta de mercat. La mida del mercat arribarà als 1.600 milions de dòlars EUA el 2024 i s'espera que creixi fins als 21.100 milions de dòlars el 2030, amb una taxa de creixement anual composta del 53,4%.
Els mercats de xips làser del centre de dades i de telecomunicacions presenten un panorama tecnològic diferenciat. El mercat de xips làser del centre de dades es caracteritza per un panorama tecnològic de tracció de dues rodes de xips làser EML i CW: els xips làser EML, com a solució de desenvolupament primerenc, s'utilitzen àmpliament en productes d'interconnexió òptica de 400G i superiors. En els últims anys, les solucions fotòniques de silici amb els avantatges d'una alta integració i un baix cost s'han convertit en una direcció d'evolució d'alta-velocitat, que requereix xips làser CW d'alta-potència.
En telecomunicacions, els xips làser d'emissió-de punta continuen dominant, en gran part a causa de la seva capacitat per complir els requisits de rendiment estrictes. Concretament, els xips làser DFB s'utilitzen àmpliament en escenaris de distància curta- i mitjana-com ara el fronthaul 5G i l'accés de fibra òptica. Per contra, els xips làser EML superen les limitacions de dispersió gràcies al seu baix xirp i a la seva elevada proporció d'extinció, ocupant així una posició dominant en nodes de llarga-distància i alta- velocitat, com ara xarxes troncals i accés a fibra-d'alta velocitat.
Els xips làser EML i els xips làser CW dominen la quota de mercat i la seva importància continua augmentant
El 2024, la mida total del mercat dels xips làser EML i els xips làser CW arribarà als 970 milions de dòlars EUA, que representen aproximadament el 38,1% del mercat. En el futur, s'espera que els ingressos d'aquests productes mantinguin una alta taxa de creixement i la quota de mercat continuï augmentant. L'any 2030, s'espera que els ingressos totals arribin als 20.800 milions de dòlars dels EUA, amb una taxa de creixement anual composta del 66,6% i una quota de mercat del 90,9%.
Xip làser EML
Els xips làser EML inclouen principalment 50G/100G/200G i altres especificacions segons la velocitat de dades de baixa a alta, i el nucli s'adapta als productes d'interconnexió òptica de 100G a 1,6T. Actualment, els xips làser EML 100G són productes generals i s'utilitzen àmpliament en productes d'interconnexió òptica d'alta velocitat-general, com ara mòduls òptics 400G i 800G. A mesura que s'utilitzin successivament productes d'interconnexió òptica de 1,6 T i de velocitat superior-, els xips làser EML 200G, com a elecció de xip làser coincident, marcaran un ràpid creixement.
Xip làser CW
El desenvolupament de xips làser CW es beneficia principalment de l'aplicació de la tecnologia fotònica de silici. En solucions fotòniques de silici, els xips làser CW serveixen com a fonts de llum integrades externes / heterogènies i s'utilitzen juntament amb moduladors fotònics de silici per realitzar les funcions de conversió i modulació del senyal fotoelèctric dels productes d'interconnexió fotònica de silici. Entre els productes d'interconnexió òptica d'alta-velocitat, les solucions fotòniques de silici i els xips làser CW s'utilitzen àmpliament a causa dels seus excel·lents avantatges de cost-efectivitat.
En els principals productes d'interconnexió òptica d'alta velocitat{0}}fotònica de silici de 400G, 800G i fins i tot 1,6T, els principals xips làser CW utilitzats inclouen 50mW, 70mW, 100mW i altres models de potència. A més, impulsats per tecnologies emergents com NPO i CPO, xips làser CW d'alta potència-com els models de 150 mW, 300 mW i 400 mW s'estan incorporant gradualment al desenvolupament comercial de productes d'interconnexió òptica-de propera generació. Del 2025 al 2030, s'espera que la demanda de xips làser CW amb una potència superior a 100 mW experimenti un creixement explosiu. L'any 2030, s'espera que la mida del mercat dels xips làser CW amb una potència superior a 100 mW assoleixi els 6.600 milions de dòlars, que representen el 65,3% del mercat.
Factors impulsors del desenvolupament de la indústria dels xips làser i tendències de desenvolupament futures
. La demanda continua augmentant i manté un creixement ràpid. El desenvolupament de clústers de formació en IA ha provocat un augment de la demanda de potència de càlcul i transmissió de dades d'alta-velocitat, fet que ha impulsat un creixement exponencial de la demanda de productes d'interconnexió òptica d'alta-velocitat descendent. Com a component bàsic dels productes d'interconnexió òptica, la demanda del mercat de xips làser està augmentant ràpidament.
. Xip làser EML i xip làser CW tracció de dues rodes-. D'una banda, els xips làser EML s'han convertit en una solució important per aconseguir taxes d'una-longitud d'ona 100G/200G a causa del seu gran ample de banda, baixa dispersió i avantatges de transmissió de llarga-distància, i s'utilitzen àmpliament en mòduls òptics de 400G, 800G i fins i tot 1,6T d'alta{10}}velocitat. D'altra banda, davant el camí emergent de la tecnologia fotònica de silici, els xips làser CW combinats amb moduladors fotònics de silici s'estan convertint gradualment en un dispositiu bàsic clau que admet la propera generació de productes d'interconnexió òptica i xarxes de centres de dades d'ultra{12}}alta- velocitat a causa de la seva alta integració, baix{14}}cost potencial i adaptabilitat{15}perfecta com ara arquitectures CPO{15}de retalls.
. Els productes evolucionen cap a un rendiment superior i el valor dels productes unitaris continua augmentant. A mesura que els productes d'interconnexió òptica continuen evolucionant cap a velocitats més altes i s'exploren i apliquen noves tecnologies d'integració, s'imposen requisits més alts sobre el rendiment dels xips làser. Prenent com a exemple les solucions EML, les altes taxes de transmissió solen requerir un alt rendiment i quantitat de xips làser per unitat de producte d'interconnexió òptica, augmentant el valor dels xips làser per unitat de producte d'interconnexió òptica.
A la solució de llum de silici, tot i que la tecnologia de llum de silici redueix el cost de la part de modulació a través del procés CMOS, per tal d'impulsar un motor de llum de silici de{0}}velocitat més alta i compensar eficaçment les pèrdues de recorregut òptic complexes en-xip, el mòdul òptic ha d'estar equipat amb una potència més gran-, més alta-xip làser monocromàtic de font de llum CW. A més, a mesura que la indústria evoluciona cap a tecnologies d'integració de-última generació, com ara NPO i CPO, la demanda de xips làser experimentarà canvis fonamentals i s'espera que el valor dels xips làser en el cost global del maquinari continuï augmentant.
. Diversificació de la cadena de subministrament. L'expansió de la infraestructura informàtica global impulsada per IA-ha imposat exigències importants a l'escala, l'estabilitat i l'oportunitat de la cadena de subministrament, creant oportunitats estratègiques per als fabricants de xips làser d'alta-qualitat. De manera crucial, els fabricants amb capacitats tècniques avançades (incloent el creixement epitaxial, el gravat de reixetes d'alta-precisió) i els avantatges en l'eficiència operativa i les capacitats de resposta ràpida poden complir millor els requisits estrictes, unir-se a la cadena de subministrament principal internacional, construir una xarxa global diversa de cadena de subministrament i obtenir una quota de mercat internacional considerable. Cal destacar especialment que cada vegada més fabricants de xips làser estan implementant estratègies de globalització localitzant les seves bases de producció a prop dels fabricants d'interconnexió òptica o dels clients finals, construint així una xarxa de cadena de subministrament global més resistent i diversificada.
Estructura de costos del xip làser
L'estructura de costos dels xips làser està dominada pels costos de fabricació, costos laborals directes i costos de material. Els costos dels materials inclouen principalment substrats, objectius d'or, gasos especials i productes químics, etc., depenent dels diferents productes, i solen representar entre el 10% i el 20% del cost total. Actualment, els materials de substrat dels xips làser són principalment InP i GaAs. Entre ells, els preus de l'InP han continuat augmentant en els últims anys a causa de l'augment dels preus dels materials i altres efectes. A causa del procés de producció relativament senzill de GaAs, el preu ha disminuït gradualment amb l'optimització del procés i la iteració de la tecnologia.
Barreres de competència de xips làser
.Coneixement-de producció. La producció de xips làser depèn molt de processos bàsics avançats, com ara el creixement epitaxial, el gravat de reixetes d'alta-precisió i el disseny complex de modulació d'alta-velocitat. Atesa l'escassetat de foneries amb capacitats de producció de processos complets, la majoria de proveïdors de xips làser haurien d'operar en el model IDM, que exigeix extremadament el control absolut dels proveïdors sobre tot el procés de producció i la capacitat d'acumular coneixements-profunds de la indústria. A més, la ràpida iteració dels productes d'interconnexió òptica aigües avall ha impulsat la innovació tecnològica contínua a nivell de xip. Per tant, els fabricants han de disposar de la tecnologia patentada per promoure ràpidament la R+D a la producció en massa, optimitzar contínuament els paràmetres del procés i mantenir rendiments estables i alts per garantir la fiabilitat del producte.
.Confiança i cooperació del client. El mercat de la interconnexió òptica es caracteritza per un procés de certificació extremadament estricte i llarg. Els alts costos de canvi causats per les principals solucions d'interconnexió òptica i els proveïdors de serveis al núvol estableixen barreres insuperables per als nous entrants. Tanmateix, per als proveïdors que entren amb èxit, aquestes característiques fomenten unes relacions molt sòlides i rarament canvien. Mitjançant l'establiment d'associacions de confiança a llarg termini- amb líders del sector, els fabricants de xips làser poden integrar-se profundament a la cadena de subministrament global i obtenir coneixements primerencs crítics a mesura que l'IA i les arquitectures dels centres de dades continuen evolucionant.
. Capacitats de recerca i desenvolupament. La tecnologia de la indústria de la interconnexió òptica s'està iterant ràpidament, la qual cosa requereix que els fabricants de xips làser aigües amunt tinguin-disposició amb visió de futur i capacitats de recerca i desenvolupament sistemàtiques. Les empreses líders solen planificar amb anticipació la recerca i el desenvolupament de tecnologies bàsiques per continuar satisfent les necessitats de les actualitzacions de productes posteriors. Els fabricants de xips làser amb capacitats d'R+D tan sistemàtiques i amb visió de futur-no només poden mantenir el ritme líder d'iteracions tecnològiques, sinó que també poden crear barreres tècniques difícils de reproduir al sector i continuar liderant el rendiment i la fiabilitat del producte.
. Capacitats de gestió de la cadena de subministrament. La naturalesa dinàmica del mercat de la interconnexió òptica exigeix extremadament la gestió de la cadena de subministrament i l'agilitat operativa. Els fabricants han de tenir la capacitat d'ampliar la producció de manera flexible, optimitzar l'assignació de recursos i complir els estrictes cicles de lliurament dels clients. Un sistema de cadena de subministrament madur i robust és crucial per resoldre els riscos associats amb la ràpida iteració del mercat i les fluctuacions violentes de les comandes. Construint una xarxa de subministrament sòlida i mantenint l'estabilitat de la capacitat de producció, els fabricants de xips làser poden aconseguir economies d'escala, complir amb requisits de lliurament estrictes i mantenir avantatges de costos sostenibles en un mercat global molt competitiu.
Per obtenir més investigacions i anàlisis de la indústria, consulteu el lloc web oficial de Sihan Industrial Research Institute. Al mateix temps, Sihan Industrial Research Institute també ofereix informes d'investigació del sector, informes d'estudis de viabilitat (aprovació i presentació de projectes, préstecs bancaris, decisions d'inversió, reunions de grup), planificació industrial, planificació de parcs, plans de negoci (finançament de capital, inversió i empreses conjuntes, presa de decisions internes), enquestes especials, disseny arquitectònic, informes de serveis d'inversió a l'estranger i altres.
