Lāzera mikroshēmas definīcija
Optiskās mikroshēmas ir galvenās sastāvdaļas, kas realizē fotoelektrisko enerģijas nesēju savstarpēju pārveidošanu. Tos plaši izmanto optisko starpsavienojumu produktos un galvenokārt iedala lāzera mikroshēmās un fotodetektoru mikroshēmās. Tostarp lāzera mikroshēma ir aktīvs pusvadītāju komponents, kas, pamatojoties uz stimulētā starojuma principu, pārveido elektrisko enerģiju lielas-jaudas, augstas-vienkrāsas gaismas staros.
Optisko sakaru sistēmu pārraides galā lāzera mikroshēmas ir galvenais gaismas avots, kas pārraida informāciju. Tie ir neaizvietojami un ieņem centrālo vietu optisko mikroshēmu jomā. Saskaņā ar modulācijas metodi lāzera mikroshēmas var iedalīt tiešā modulācijā, integrētajā modulācijā un ārējā modulācijā. No materiālu sistēmu viedokļa lāzera mikroshēmas galvenokārt tiek sadalītas indija fosfīdā (InP) un gallija arsenīdā (GaAs). Turklāt atkarībā no gaismas -izstarojošās struktūras to var iedalīt virsmas -izstarojošās un malas-izstarojošās struktūrās.
Lāzeru mikroshēmu rūpnieciskā ķēdes izplatīšana optisko starpsavienojumu tirgū
Lāzera mikroshēmas atrodas optisko starpsavienojumu nozares ķēdes augšpusē un ir svarīgs posms visā nozares ķēdē ar augstiem tehniskiem šķēršļiem un sarežģītām procesu plūsmām. Kā optiskās sakaru sistēmas "sirds" lāzera mikroshēmas veiktspēja tieši nosaka pakārtoto optisko ierīču, optisko moduļu un pat visas optiskās sakaru sistēmas pārraides ātrumu un energoefektivitāti.
Kā optisko sakaru sistēmu pamatnesējs, optisko starpsavienojumu produktiem ir acīmredzamas atšķirības to aparatūras izmaksu struktūrā (BOM) atkarībā no tehnoloģijas ceļa. Kā piemēru ņemot optiskos moduļus, kas nav -silīcija, tā aparatūras izmaksu struktūra galvenokārt ietver četrus galvenos segmentus: optiskās mikroshēmas, elektriskās mikroshēmas, pasīvās optiskās ierīces, PCB un mehāniskos komponentus. Silīcija fotonisko starpsavienojumu izstrādājumiem BOM struktūra ir strukturāli rekonstruēta. Sākotnējais diskrētais modulators un liels skaits pasīvo optisko ierīču ir integrēti silīcija fotoniskajā mikroshēmā (PIC), savukārt PCB un mehāniskās sastāvdaļas ir ievērojami vienkāršotas.
Pašlaik BOM koncentrējas uz diviem "silīcija fotonisko mikroshēmu" un "lāzeru" kodoliem. Neatkarīgi no tā, vai tiek izmantots agrīnais -izstrādātais EML risinājums vai topošais silīcija optiskais ceļš, lāzera mikroshēmas ieņem nozīmīgu vietu vērtību ķēdē, jo tās tieši ietekmē fotoelektriskā signāla pārveidošanu un signāla pārraides kvalitāti.
Galvenie lāzera mikroshēmu produktu veidi
Kā fotoelektriskās pārveides pamatierīce lāzera mikroshēmas galvenokārt tiek iedalītas piecās kategorijās, pamatojoties uz atšķirībām materiālu sistēmās, fiziskajās struktūrās un modulācijas metodēs, tostarp DFB, EML, CW, VCSEL un FP, katrai no tām ir īpašas tehniskās priekšrocības un pielietojuma scenāriji.
Lāzera mikroshēmu tirgus attīstības fons
Lāzera mikroshēmu nozares ievērojamā izaugsme galvenokārt ir saistīta ar tādiem labvēlīgiem faktoriem kā optisko starpsavienojumu tirgus straujais pieaugums, jaunu tehnoloģiju, piemēram, silīcija fotonikas, strauja pielietošana optiskajos starpsavienojumos un augošais pieprasījums pēc augstas veiktspējas optisko starpsavienojumu produktiem no gala klientiem. Kā neaizstājams optisko starpsavienojumu risinājumu pamatkomponents lāzera mikroshēmas tieši gūst labumu no šīm tendencēm, tādējādi paātrinot savu attīstību.
2024. gadā globālais lāzera mikroshēmu tirgus sasniegs 2,6 miljardus ASV dolāru, un ir sagaidāms, ka 2030. gadā tas pieaugs līdz 22,9 miljardiem ASV dolāru ar salikto gada pieauguma tempu 44,1%. Lāzera mikroshēmu nozares attīstībā ir objektīvi ierobežojumi, tostarp gari ražošanas jaudas paplašināšanas cikli, augsti tehniski šķēršļi un koncentrēta augstākās klases ražošanas jauda, ierobežots pamatmateriālu un aprīkojuma apjoms īstermiņā un vidējā termiņā, kā arī nelīdzsvarots piegādes ķēdes modelis. Tas nevar pilnībā apmierināt strauji augošās pakārtotā tirgus vajadzības. Kopējais tirgus ir deficīts. Tas ir īpaši acīmredzams EML lāzera mikroshēmās un CW lāzera mikroshēmās, ko izmanto ātrdarbīgiem{10}}optiskajiem starpsavienojumiem.
Galvenie lāzera mikroshēmu pielietojuma scenāriji
Lāzera mikroshēmas galvenokārt tiek izmantotas optisko starpsavienojumu produktos, un termināļa lietojumprogrammu scenāriji ir ļoti līdzīgi to atbalstīto optisko starpsavienojumu risinājumu lietojumprogrammu scenārijiem. Saskaņā ar dažādiem termināļa lietojumprogrammu scenārijiem lāzera mikroshēmu tirgu var iedalīt datu centru lāzera mikroshēmu tirgū un telekomunikāciju lāzera mikroshēmu tirgū. To vidū datu centru lāzerčipu tirgus ieņem absolūtu tirgus pozīciju. Tirgus apjoms 2024. gadā sasniegs 1,6 miljardus ASV dolāru, un sagaidāms, ka tas pieaugs līdz 21,1 miljardam ASV dolāru 2030. gadā ar salikto gada pieauguma tempu 53,4%.
Datu centru lāzerčipu un telekomunikāciju lāzerčipu tirgi piedāvā diferencētu tehnoloģiju ainavu. Datu centru lāzera mikroshēmu tirgum ir raksturīga EML un CW lāzera mikroshēmu divu riteņu piedziņas tehnoloģiju ainava: EML lāzera mikroshēmas kā agrīnas izstrādes risinājums tiek plaši izmantotas 400 G un vairāk optisko starpsavienojumu produktos. Pēdējos gados silīcija fotoniskie risinājumi ar augstas integrācijas priekšrocībām un zemām izmaksām ir kļuvuši par ātrdarbīgu evolūcijas virzienu, kam nepieciešamas lielas-jaudas CW lāzera mikroshēmas.
Telekomunikācijās joprojām dominē malas{0}}izstarojošās lāzera mikroshēmas, galvenokārt pateicoties to spējai izpildīt stingras veiktspējas prasības. Konkrēti, DFB lāzera mikroshēmas tiek plaši izmantotas īsa- un vidēja-attāluma scenārijos, piemēram, 5G frontālajam maršrutam un optiskās šķiedras piekļuvei. Gluži pretēji, EML lāzera mikroshēmas pārvar izkliedes ierobežojumus, pateicoties to zemajam skaņas signālam un augstajam izzušanas koeficientam, tādējādi ieņemot dominējošu stāvokli liela attāluma, ātrgaitas{7}}mezglos, piemēram, mugurkaula tīklos un ātrgaitas{8}}šķiedru piekļuvē.
Tirgus daļā dominē EML lāzera mikroshēmas un CW lāzera mikroshēmas, un to nozīme turpina pieaugt
2024. gadā kopējais EML lāzera mikroshēmu un CW lāzera mikroshēmu tirgus apjoms sasniegs 970 miljonus ASV dolāru, kas veido aptuveni 38,1% no tirgus. Paredzams, ka nākotnē šo produktu ieņēmumi saglabās augstu pieauguma tempu un tirgus daļa turpinās pieaugt. Paredzams, ka līdz 2030. gadam kopējie ieņēmumi sasniegs 20,80 miljardus ASV dolāru ar salikto gada pieauguma tempu 66,6% un tirgus daļu 90,9%.
EML lāzera mikroshēma
EML lāzera mikroshēmas galvenokārt ietver 50G/100G/200G un citas specifikācijas atbilstoši datu pārraides ātrumam no zema līdz augstam, un kodols pielāgojas optiskā savienojuma produktiem no 100G līdz 1,6T. Pašlaik 100 G EML lāzera mikroshēmas ir plaši izplatītas preces un tiek plaši izmantotas ātrdarbīgos{7}}optisko starpsavienojumu produktos, piemēram, 400 G un 800 G optiskajos moduļos. Tā kā 1,6 T un lielāka{12}}ātruma optisko starpsavienojumu produkti tiek secīgi nodoti ekspluatācijā, 200 G EML lāzera mikroshēmas kā atbilstošā lāzera mikroshēmu izvēle nodrošinās strauju izaugsmi.
CW lāzera mikroshēma
CW lāzera mikroshēmu izstrāde galvenokārt gūst labumu no silīcija fotonikas tehnoloģijas. Silīcija fotoniskajos risinājumos CW lāzera mikroshēmas kalpo kā ārēji/neviendabīgi integrēti gaismas avoti un tiek izmantoti kopā ar silīcija fotoniskajiem modulatoriem, lai realizētu silīcija fotonisko savienojumu produktu fotoelektriskā signāla pārveidošanas un modulācijas funkcijas. Starp ātrdarbīgiem-optisko starpsavienojumu produktiem plaši tiek izmantoti silīcija fotoniskie risinājumi un CW lāzera mikroshēmas to lielisko izmaksu-efektivitātes priekšrocību dēļ.
Pašreizējos galvenajos silīcija fotoniskajos liela ātruma optiskajos starpsavienojumu produktos 400 G, 800 G un pat 1,6 T galvenās izmantotās CW lāzera mikroshēmas ir 50 mW, 70 mW, 100 mW un citi jaudas modeļi. Turklāt, pateicoties jaunām tehnoloģijām, piemēram, NPO un CPO, lielas -jaudas CW lāzera mikroshēmas, tostarp 150 mW, 300 mW un 400 mW modeļi, pakāpeniski tiek iekļautas nākamās paaudzes optisko starpsavienojumu produktu komerciālajā izstrādē. Paredzams, ka no 2025. līdz 2030. gadam pieprasījums pēc CW lāzera mikroshēmām ar jaudu virs 100 mW piedzīvos strauju pieaugumu. Paredzams, ka līdz 2030. gadam CW lāzera mikroshēmu ar jaudu virs 100 mW tirgus apjoms sasniegs 6,6 miljardus ASV dolāru, kas veido 65,3% no tirgus.
Lāzera mikroshēmu nozares attīstību virzošie faktori un nākotnes attīstības tendences
. Pieprasījums turpina pieaugt un saglabā strauju izaugsmi. AI apmācības klasteru attīstība ir izraisījusi pieprasījuma pieaugumu pēc skaitļošanas jaudas un liela ātruma{2}}datu pārraides, veicinot eksponenciālu pieprasījuma pieaugumu pēc pakārtotajiem ātrdarbīgiem optiskajiem starpsavienojumiem. Kā optisko starpsavienojumu produktu galvenā sastāvdaļa tirgus pieprasījums pēc lāzera mikroshēmām strauji pieaug.
. EML lāzera mikroshēma un CW lāzera mikroshēma ar divu riteņu piedziņu. No vienas puses, EML lāzera mikroshēmas ir kļuvušas par svarīgu risinājumu viena-viļņa 100 G/200 G ātruma sasniegšanai to lielā joslas platuma, zemās izkliedes un tālsatiksmes{6}}pārraides priekšrocību dēļ, un tās plaši izmanto 400 G, 800 G un pat 1,6 T ātrdarbīgos{10}}optiskos moduļos. No otras puses, saskaroties ar jauno silīcija fotonikas tehnoloģiju ceļu, CW lāzera mikroshēmas, kas savienotas pārī ar silīcija fotoniskajiem modulatoriem, pakāpeniski kļūst par galveno pamata ierīci, kas atbalsta nākamās paaudzes optisko starpsavienojumu produktus un īpaši -ātrdarbīgus{13}}datu centru tīklus, pateicoties to augstajai integrācijai, zemajai{14}}pielāgošanās iespējai5}, piemēram, griešanai, griešanai un ideālajai arhitektūrai. CPO.
. Produkti attīstās uz augstāku veiktspēju, un vienības produktu vērtība turpina pieaugt. Tā kā optisko starpsavienojumu produkti turpina attīstīties uz lielāku ātrumu un tiek pētītas un piemērotas jaunas integrācijas tehnoloģijas, lāzera mikroshēmu veiktspējai tiek izvirzītas augstākas prasības. Ņemot par piemēru EML risinājumus, lieliem pārraides ātrumiem parasti ir nepieciešama augsta veiktspēja un lāzera mikroshēmu daudzums vienā optiskā starpsavienojuma produkta vienībā, tādējādi palielinot lāzera mikroshēmu vērtību uz vienu optiskā starpsavienojuma produktu.
Silīcija gaismas risinājumā, lai gan silīcija gaismas tehnoloģija samazina modulācijas daļas izmaksas, izmantojot CMOS procesu, lai vadītu lielāku-ātruma silīcija gaismas dzinēju un efektīvi kompensētu sarežģītus mikroshēmas optiskā ceļa zudumus, optiskais modulis ir jāaprīko ar lielāku-jaudu, lielāku lāzera mikroshēmu un lielāku{3}monohromatisku gaismas avotu. Turklāt, nozarei attīstoties uz nākamās-paaudzes integrācijas tehnoloģijām, piemēram, NPO un CPO, pieprasījums pēc lāzera mikroshēmām piedzīvos būtiskas izmaiņas, un sagaidāms, ka lāzera mikroshēmu vērtība kopējās aparatūras izmaksās turpinās pieaugt.
. Piegādes ķēdes dažādošana. AI-vadītās globālās skaitļošanas infrastruktūras paplašināšanās ir izvirzījusi būtiskas prasības piegādes ķēdes mērogam, stabilitātei un savlaicīgumam, radot stratēģiskas iespējas augstas kvalitātes-lāzerčipu ražotājiem. Būtiski, ka ražotāji ar progresīvām tehniskajām iespējām (tostarp epitaksiālo augšanu, augstas-precizitātes režģa kodināšanu) un darbības efektivitātes un ātras reaģēšanas spēju priekšrocībām var labāk izpildīt stingras prasības, pievienoties starptautiskajai piegādes ķēdes pamatķēdei, izveidot daudzveidīgu globālo piegādes ķēdes tīklu un iegūt ievērojamu starptautiskā tirgus daļu. Īpaši jāatzīmē, ka arvien vairāk lāzerčipu ražotāju ievieš globalizācijas stratēģijas, izvietojot savas ražošanas bāzes pie pakārtotajiem optisko starpsavienojumu ražotājiem vai gala klientiem, tādējādi veidojot elastīgāku un daudzveidīgāku globālās piegādes ķēdes tīklu.
Lāzera mikroshēmu izmaksu struktūra
Lāzera mikroshēmu izmaksu struktūrā dominē ražošanas izmaksas, tiešās darbaspēka izmaksas un materiālu izmaksas. Materiālu izmaksas galvenokārt ietver substrātus, zelta mērķus, īpašas gāzes un ķīmiskas vielas utt. atkarībā no dažādiem produktiem, un parasti tās veido 10% līdz 20% no kopējām izmaksām. Pašlaik lāzera mikroshēmu substrātu materiāli galvenokārt ir InP un GaAs. Tostarp InP cenas pēdējos gados turpināja pieaugt materiālu cenu pieauguma un citu seku dēļ. Salīdzinoši vienkāršā GaAs ražošanas procesa dēļ cena ir pakāpeniski samazinājusies līdz ar procesa optimizāciju un tehnoloģiju iterāciju.
Lāzera mikroshēmu konkurences barjeras
.Ražošanas zināšanas-. Lāzera mikroshēmu ražošana ir ļoti atkarīga no uzlabotiem pamatprocesiem, piemēram, epitaksiālās augšanas, augstas-precizitātes režģa kodināšanas un sarežģītas lielas-ātruma modulācijas konstrukcijas. Ņemot vērā to, ka ir ierobežotas lietuves ar pilnām -procesa ražošanas iespējām, lielākajai daļai lāzerčipu piegādātāju ir jādarbojas IDM modelī, kas izvirza ārkārtīgi augstas prasības piegādātāju absolūtai kontrolei pār visu ražošanas procesu un spējai uzkrāt dziļas nozares zināšanas-. Turklāt pakārtoto optisko starpsavienojumu produktu straujā atkārtošanās ir veicinājusi nepārtrauktas tehnoloģiskās inovācijas mikroshēmu līmenī. Tāpēc ražotājiem ir nepieciešama patentēta tehnoloģija, lai ātri veicinātu pētniecību un izstrādi līdz masveida ražošanai, nepārtraukti optimizētu procesa parametrus un uzturētu stabilu un augstu ražu, lai nodrošinātu produkta uzticamību.
.Klientu uzticēšanās un sadarbība. Optisko starpsavienojumu tirgum raksturīgs ārkārtīgi stingrs un ilgstošs sertifikācijas process. Augstās komutācijas izmaksas, ko rada vadošie optisko starpsavienojumu risinājumi un mākoņpakalpojumu sniedzēji, rada nepārvaramus šķēršļus jaunpienācējiem. Tomēr piegādātājiem, kas veiksmīgi ienāk, šīs īpašības veicina attiecības, kas ir ļoti spēcīgas un reti mainās. Nodibinot ilgtermiņa -uzticamas partnerattiecības ar nozares līderiem, lāzerčipu ražotāji var dziļi integrēties globālajā piegādes ķēdē un gūt būtisku agrīnu ieskatu, jo AI un datu centru arhitektūra turpina attīstīties.
. Pētniecības un attīstības iespējas. Optisko starpsavienojumu nozares tehnoloģija strauji atkārtojas, un tāpēc lāzera mikroshēmu ražotājiem ir jābūt tālredzīgam-izkārtojumam un sistemātiskām pētniecības un izstrādes iespējām. Vadošie uzņēmumi parasti plāno uz priekšu galveno tehnoloģiju izpēti un izstrādi, lai turpinātu apmierināt pakārtoto produktu jauninājumu vajadzības. Lāzera mikroshēmu ražotāji ar tik sistemātiskām un tālredzīgām-pētniecības un izstrādes iespējām var ne tikai saglabāt vadošo tehnoloģiju iterāciju tempu, bet arī veidot tehniskas barjeras, kuras šajā nozarē ir grūti atkārtot, un turpināt ieņemt vadošo pozīciju produktu veiktspējas un uzticamības jomā.
. Piegādes ķēdes pārvaldības iespējas. Optisko starpsavienojumu tirgus dinamiskais raksturs izvirza ārkārtīgi augstas prasības piegādes ķēdes pārvaldībai un darbības veiklībai. Ražotājiem ir jābūt iespējai elastīgi paplašināt ražošanu, optimizēt resursu sadali un ievērot klientu stingros piegādes ciklus. Nobriedusi un stabila piegādes ķēdes sistēma ir ļoti svarīga, lai atrisinātu riskus, kas saistīti ar strauju tirgus iterāciju un vardarbīgām pasūtījumu svārstībām. Izveidojot stabilu piegādes tīklu un saglabājot ražošanas jaudas stabilitāti, lāzerčipu ražotāji var sasniegt apjomradītus ietaupījumus, izpildīt stingras piegādes prasības un saglabāt ilgtspējīgas izmaksu priekšrocības sīvas konkurences globālajā tirgū.
Plašāku nozares izpēti un analīzi skatiet Sihan Industrial Research Institute oficiālajā tīmekļa vietnē. Tajā pašā laikā Sihan Industrial Research Institute nodrošina arī nozares izpētes ziņojumus, priekšizpētes ziņojumus (projektu apstiprināšana un iesniegšana, banku aizdevumi, investīciju lēmumi, grupu sanāksmes), rūpniecisko plānošanu, parku plānošanu, biznesa plānus (kapitāla finansēšana, investīcijas un kopuzņēmumi, iekšējo lēmumu pieņemšana), īpašas aptaujas, arhitektūras dizainu, ārvalstu investīciju pakalpojumu pārskatus un citus saistītus konsultāciju risinājumus.
