Laserbrikkedefinisjon
Optiske brikker er kjernekomponentene som realiserer gjensidig konvertering av fotoelektriske energibærere. De er mye brukt i optiske sammenkoblingsprodukter og er hovedsakelig delt inn i laserbrikker og fotodetektorbrikker. Blant dem er laserbrikken en aktiv halvlederkomponent som konverterer elektrisk energi til høy-, høy-monokromatisk lysstråler basert på prinsippet om stimulert stråling.
Ved overføringsenden av optiske kommunikasjonssystemer er laserbrikker den viktigste lyskilden som bærer informasjon. De er uerstattelige og inntar en sentral posisjon innen optiske brikker. I henhold til modulasjonsmetoden kan laserbrikker deles inn i direkte modulasjon, integrert modulasjon og ekstern modulasjon. Fra materialsystemers perspektiv er laserbrikker hovedsakelig delt inn i indiumfosfid (InP) og galliumarsenid (GaAs). I tillegg, i henhold til den lys-emitterende strukturen, kan den deles inn i overflate-emitterende og kant-emitterende strukturer.
Industriell kjededistribusjon av laserbrikker i det optiske sammenkoblingsmarkedet
Laserbrikker er på oppstrømssiden av industrikjeden for optiske sammenkoblinger og er et viktig ledd i hele industrikjeden med høye tekniske barrierer og komplekse prosessflyter. Som "hjertet" i det optiske kommunikasjonssystemet, bestemmer ytelsen til laserbrikken direkte overføringshastigheten og energieffektiviteten til nedstrøms optiske enheter, optiske moduler og til og med hele det optiske kommunikasjonssystemet.
Som kjernebærer for optiske kommunikasjonssystemer har optiske sammenkoblingsprodukter åpenbare forskjeller i maskinvarekostnadsstruktur (BOM) avhengig av teknologibanen. Ved å ta ikke-optiske optiske moduler fra silisium som et eksempel, inkluderer maskinvarekostnadsstrukturen hovedsakelig fire hovedsegmenter: optiske brikker, elektriske brikker, passive optiske enheter, PCB og mekaniske komponenter. For silisiumfotoniske sammenkoblingsprodukter er stykklistestrukturen strukturelt rekonstruert. Den originale diskrete modulatoren og et stort antall passive optiske enheter er integrert i en silisiumfotonisk brikke (PIC), mens PCB og mekaniske komponenter er sterkt forenklet.
På dette tidspunktet fokuserer BOM på de to kjernene av "silisiumfotoniske brikker" og "lasere". Enten du bruker den tidlig-utviklede EML-løsningen eller den nye optiske silisiumbanen, inntar laserbrikker en viktig posisjon i verdikjeden fordi de direkte påvirker fotoelektrisk signalkonvertering og signaloverføringskvalitet.
Hovedtyper av laserbrikker
Som kjerneenheten for fotoelektrisk konvertering er laserbrikker hovedsakelig delt inn i fem kategorier basert på forskjeller i materialsystemer, fysiske strukturer og modulasjonsmetoder, inkludert DFB, EML, CW, VCSEL og FP, hver med spesifikke tekniske fordeler og applikasjonsscenarier.
Bakgrunn for utvikling av laserbrikke
Den betydelige veksten i laserbrikkeindustrien skyldes hovedsakelig gunstige faktorer som den eksplosive veksten i det optiske sammenkoblingsmarkedet, den raske bruken av nye teknologier som silisiumfotonikk i optiske sammenkoblinger, og den økende etterspørselen etter høyytelses optiske sammenkoblingsprodukter fra sluttkunder. Som en uunnværlig kjernekomponent i optiske sammenkoblingsløsninger drar laserbrikker direkte fordel av disse trendene, og akselererer dermed deres egen utvikling.
I 2024 vil det globale laserbrikkemarkedet nå USD 2,6 milliarder og forventes å vokse til USD 22,9 milliarder i 2030, med en sammensatt årlig vekstrate på 44,1 %. Det er objektive begrensninger i utviklingen av laserbrikkeindustrien, inkludert lange utvidelsessykluser for produksjonskapasitet, høye tekniske barrierer og konsentrert høy-produksjonskapasitet, begrenset kjernemateriale og -utstyr på kort og mellomlang sikt, og et ubalansert forsyningskjedemønster. Den kan ikke fullt ut møte de raskt voksende behovene til nedstrømsmarkedet. Totalmarkedet er mangelvare. Dette er spesielt tydelig i EML-laserbrikker og CW-laserbrikker som brukes for{10}}high-speed optiske sammenkoblinger.
Hovedapplikasjonsscenarier for laserbrikker
Laserbrikker brukes hovedsakelig i optiske sammenkoblingsprodukter, og terminalapplikasjonsscenariene er svært like applikasjonsscenariene til de optiske sammenkoblingsløsningene de støtter. I henhold til forskjellige terminalapplikasjonsscenarier kan laserbrikkemarkedet deles inn i datasenterlaserbrikkemarkedet og telekommunikasjonslaserbrikkemarkedet. Blant dem har datasenterlaserbrikkemarkedet en absolutt markedsposisjon. Markedsstørrelsen vil nå USD 1,6 milliarder i 2024 og forventes å vokse til USD 21,1 milliarder i 2030, med en sammensatt årlig vekstrate på 53,4 %.
Markedene for datasenterlaserbrikker og telekommunikasjonslaserbrikker presenterer et differensiert teknologilandskap. Datasenterlaserbrikkemarkedet er preget av et to-teknologilandskap med EML- og CW-laserbrikker: EML-laserbrikker, som en tidlig utviklingsløsning, er mye brukt i 400G og over optiske sammenkoblingsprodukter. De siste årene har silisiumfotoniske løsninger med fordelene høy integrasjon og lave kostnader blitt en utviklingsretning med høy-hastighet, som krever høy-CW-laserbrikker.
Innen telekommunikasjon fortsetter-kantutsendende laserbrikker å dominere, hovedsakelig på grunn av deres evne til å møte strenge ytelseskrav. Spesifikt er DFB-laserbrikker mye brukt i kort- og middels-scenarier som 5G-fronthaul og optisk fibertilgang. Tvert imot, EML-laserbrikker overvinner spredningsbegrensninger gjennom deres lave chirp og høye ekstinksjonsforhold, og inntar dermed en dominerende posisjon i lang-høyhastighetsnoder som ryggradsnettverk og høyhastighetsfibertilgang.
EML-laserbrikker og CW-laserbrikker dominerer markedsandelen, og deres betydning fortsetter å øke
I 2024 vil den totale markedsstørrelsen på EML-laserbrikker og CW-laserbrikker nå USD 970 millioner, og utgjør omtrent 38,1 % av markedet. I fremtiden forventes inntektene til disse produktene å opprettholde en høy vekstrate og markedsandelen vil fortsette å øke. Innen 2030 forventes de totale inntektene å nå 20,80 milliarder amerikanske dollar, med en sammensatt årlig vekstrate på 66,6 % og en markedsandel på 90,9 %.
EML laserbrikke
EML-laserbrikker inkluderer hovedsakelig 50G/100G/200G og andre spesifikasjoner i henhold til datahastighet fra lav til høy, og kjernen tilpasser seg optiske sammenkoblingsprodukter fra 100G til 1,6T. For tiden er 100G EML-laserbrikker mainstream-produkter og brukes mye i vanlige høyhastighets optiske sammenkoblingsprodukter som 400G og 800G optiske moduler. Ettersom 1,6T og høyere-optiske sammenkoblingsprodukter suksessivt tas i bruk, vil 200G EML-laserbrikker, som det matchende laserbrikkevalget, innlede rask vekst.
CW laserbrikke
Utviklingen av CW-laserbrikker drar hovedsakelig nytte av bruken av silisiumfotonikteknologi. I silisiumfotoniske løsninger fungerer CW-laserbrikker som eksterne/heterogene integrerte lyskilder og brukes i forbindelse med fotoniske silisiummodulatorer for å realisere de fotoelektriske signalkonverterings- og modulasjonsfunksjonene til silisiumfotoniske sammenkoblingsprodukter. Blant høyhastighets optiske sammenkoblingsprodukter er silisiumfotoniske løsninger og CW-laserbrikker mye brukt på grunn av deres utmerkede kostnadseffektivitetsfordeler.
I dagens hovedfotoniske høyhastighets-optiske sammenkoblingsprodukter på 400G, 800G og til og med 1,6T, inkluderer de viktigste CW-laserbrikkene som brukes 50mW, 70mW, 100mW og andre kraftmodeller. I tillegg, drevet av nye teknologier som NPO og CPO, blir høy-CW-laserbrikker inkludert 150mW, 300mW og 400mW-modeller gradvis inkludert i den kommersielle utviklingen av neste{12}}generasjons optiske sammenkoblingsprodukter. Fra 2025 til 2030 forventes etterspørselen etter CW-laserbrikker med effekt over 100mW å oppleve eksplosiv vekst. Innen 2030 forventes markedsstørrelsen på CW-laserbrikker med effekt over 100mW å nå USD 6,6 milliarder, og utgjør 65,3 % av markedet.
Laser chip industriutvikling drivende faktorer og fremtidige utviklingstrender
. Etterspørselen fortsetter å øke og opprettholder rask vekst. Utviklingen av AI-treningsklynger har ført til en økning i etterspørselen etter datakraft og høy{2}}dataoverføring, noe som har ført til eksponentiell vekst i etterspørselen etter nedstrøms høyhastighets optiske sammenkoblingsprodukter. Som kjernekomponenten i optiske sammenkoblingsprodukter, øker markedsetterspørselen etter laserbrikker raskt.
. EML laserbrikke og CW laserbrikke to-hjulsdrift. På den ene siden har EML-laserbrikker blitt en viktig løsning for å oppnå enkelt-bølgelengde 100G/200G-hastigheter på grunn av deres høye båndbredde, lave spredning og langdistanseoverføringsfordeler, og er mye brukt i 400G, 800G og til og med 1,6T optiske{10} høyhastighetsmoduler. På den annen side, overfor den nye silisiumfotonikkteknologistien, blir CW-laserbrikker sammen med silisiumfotoniske modulatorer gradvis en sentral kjerneenhet som støtter neste generasjon optiske sammenkoblingsprodukter og ultra-høy-datasenternettverk på grunn av deres høye integrering, lave potensiale,{14}tilpassede{14} arkitekturer som CPO.
. Produktene utvikler seg mot høyere ytelse, og verdien av enhetsprodukter fortsetter å øke. Ettersom optiske sammenkoblingsprodukter fortsetter å utvikle seg mot høyere hastigheter, og nye integrasjonsteknologier utforskes og brukes, stilles det høyere krav til ytelsen til laserbrikker. For å ta EML-løsninger som et eksempel, krever høye overføringshastigheter vanligvis høy ytelse og mengde laserbrikker per enhet optisk sammenkoblingsprodukt, noe som øker verdien av laserbrikker per enhet optisk sammenkoblingsprodukt.
I silisiumlys-løsningen, selv om silisiumlysteknologi reduserer kostnadene for modulasjonsdelen gjennom CMOS-prosessen, for å drive en høyere-hastighets silisiumlysmotor og effektivt kompensere for komplekse optiske banetap på-brikken, må den optiske modulen utstyres med en høyere-effekt, høyere--laserbrikke som en ekstern CW-lyskilde. I tillegg, ettersom industrien utvikler seg til neste-generasjons integrasjonsteknologier som NPO og CPO, vil etterspørselen etter laserbrikker gjennomgå fundamentale endringer, og verdien av laserbrikker i de totale maskinvarekostnadene forventes å øke ytterligere.
. Diversifisering i forsyningskjeden. Utvidelsen av AI-drevet global datainfrastruktur har stilt betydelige krav til skalaen, stabiliteten og aktualiteten til forsyningskjeden, og skaper strategiske muligheter for produsenter av-laserbrikke av høy kvalitet. Det er avgjørende at produsenter med avanserte tekniske evner (inkludert epitaksial vekst, høy-presisjonsgitteretsning) og fordeler i operasjonell effektivitet og rask responsevne bedre kan møte strenge krav, bli med i den internasjonale kjerneforsyningskjeden, bygge et mangfoldig globalt forsyningskjedenettverk og få betydelige internasjonale markedsandeler. Det er spesielt bemerkelsesverdig at flere og flere laserbrikkeprodusenter implementerer globaliseringsstrategier ved å lokalisere sine produksjonsbaser nær nedstrøms produsenter av optiske sammenkoblinger eller sluttkunder, og bygger dermed et mer robust og diversifisert globalt forsyningskjedenettverk.
Kostnadsstruktur for laserbrikke
Kostnadsstrukturen til laserbrikker domineres av produksjonskostnader, direkte lønnskostnader og materialkostnader. Materialkostnader inkluderer hovedsakelig substrater, gullmål, spesielle gasser og kjemikalier, etc., avhengig av ulike produkter, og utgjør vanligvis 10 % til 20 % av totalkostnaden. For tiden er substratmaterialene til laserbrikker hovedsakelig InP og GaAs. Blant dem har InP-prisene fortsatt å stige de siste årene på grunn av stigende materialpriser og andre effekter. På grunn av den relativt enkle produksjonsprosessen til GaAs, har prisen gradvis gått ned med prosessoptimalisering og teknologiiterasjon.
Laser chip konkurranse barrierer
.Produksjonskunnskap-hvordan. Laserbrikkeproduksjon er svært avhengig av avanserte kjerneprosesser, slik som epitaksial vekst, høy-presisjonsgittering og kompleks design av høy-hastighetsmodulering. I lys av mangelen på støperier med full-prosessproduksjonskapasitet, bør de fleste laserbrikkeleverandører operere i IDM-modellen, som stiller ekstremt høye krav til leverandørenes absolutte kontroll over hele produksjonsprosessen og evnen til å akkumulere dyp industrikunnskap-. I tillegg har den raske iterasjonen av nedstrøms optiske sammenkoblingsprodukter drevet kontinuerlig teknologisk innovasjon på brikkenivå. Derfor må produsenter ha den proprietære teknologien for raskt å fremme FoU til masseproduksjon, kontinuerlig optimalisere prosessparametere og opprettholde stabile og høye utbytter for å sikre produktets pålitelighet.
.Kundens tillit og samarbeid. Det optiske samtrafikkmarkedet er preget av en ekstremt streng og langvarig sertifiseringsprosess. De høye byttekostnadene forårsaket av ledende optiske sammenkoblingsløsninger og skytjenesteleverandører setter opp uoverstigelige barrierer for nye aktører. Men for leverandører som kommer inn, fremmer disse egenskapene relasjoner som er svært robuste og sjelden endres. Ved å etablere langsiktige, pålitelige partnerskap med industriledere, kan laserbrikkeprodusenter integreres dypt i den globale forsyningskjeden og få kritisk tidlig innsikt etter hvert som AI og datasenterarkitekturer fortsetter å utvikle seg.
. Forsknings- og utviklingsevner. Teknologien til den optiske sammenkoblingsindustrien gjentar seg raskt, noe som krever at oppstrøms laserbrikkeprodusenter har fremtidsrettet layout og systematiske forsknings- og utviklingsevner. Ledende selskaper planlegger vanligvis fremover i forskning og utvikling av kjerneteknologier for å fortsette å møte behovene til nedstrøms produktoppgraderinger. Laserbrikkeprodusenter med slike systematiske og fremtidsrettede- FoU-evner kan ikke bare opprettholde det ledende tempoet i teknologigjentakelser, men også danne tekniske barrierer som er vanskelige å replikere i bransjen, og fortsette å lede i produktytelse og pålitelighet.
. Mulighet for forsyningskjedestyring. Den dynamiske karakteren til det optiske sammenkoblingsmarkedet stiller ekstremt høye krav til forsyningskjedestyring og operasjonell smidighet. Produsenter må ha muligheten til å fleksibelt utvide produksjonen, optimalisere ressursallokering og møte kundenes strenge leveringssykluser. Et modent og robust forsyningskjedesystem er avgjørende for å løse risikoer knyttet til rask markedsgjentakelse og voldsomme ordresvingninger. Ved å bygge et solid forsyningsnettverk og opprettholde produksjonskapasitetsstabilitet, kan laserbrikkeprodusenter oppnå stordriftsfordeler, møte strenge leveringskrav og opprettholde bærekraftige kostnadsfordeler i et sterkt konkurranseutsatt globalt marked.
For mer industriforskning og analyse, vennligst se den offisielle nettsiden til Sihan Industrial Research Institute. Samtidig leverer Sihan Industrial Research Institute også industriforskningsrapporter, mulighetsstudierapporter (prosjektgodkjenning og innlevering, banklån, investeringsbeslutninger, gruppemøter), industriell planlegging, parkplanlegging, forretningsplaner (aksjefinansiering, investering og joint ventures, intern beslutningstaking), spesielle undersøkelser, arkitektonisk design, utenlandske investeringstjenester og andre relaterte konsulentløsninger.
